摘要: 生物活性肽（Biologically active peptides,BAP）指的是一类分子量小于6000Da,在构象上较松散，具有多种生物学功能的多肽和不到10个氨基酸组成的小肽，是对生物机体的生命活动有益或具有特定生理作用的肽类物质。BAP分布很广，动物机体及许多食物中均含有。依据来源可将BAP分为内源性和外源性两种。内源性BAP 主要包括体内一些重要内分泌腺分泌的肽类激素，如促生长激素释放激素（GHRH）促甲状腺素（THS）肝脏合成的类胰岛素生长因子（IGFs）由血液或组织中的蛋白质经专一的蛋白水解酶作用而产生的组织激肽，如缓激肽，胰激肽等；作为神经递质或神经活动调节因子的神经多肽。外源性BAP直接或间接来源于动物食物蛋白质，如动物乳汁（尤其初乳）可直接提供多种BAP包括乳源性表皮生长因子（EGF）、IGFs、神经生长因子等；动物饲料蛋白质原料在动物胃肠道消化后可间接提供多种BAP。生物活性肽本身以非活性状态存在于蛋白质氨基酸序列之中,当用适当的蛋白酶进行体外水解,或在胃肠道消化过程中,以及食品加工过程中,它们就被释放出来并发挥生理调节作用[1 ,2 ] 。
关键词：生物活性肽；生理作用；生产中的应用
1 几种重要的生物活性肽及其生理功能
1. 1 抗菌肽
抗菌肽一般具有刺激巨噬细胞增长、提高免疫力和抗细菌侵袭的功能,其来源主要有3个:①微生物来源,包括乳酸杀菌素(Lactocin S),短杆菌肽(Gramicidin),万古霉素(Wancomycin ),枯草杆菌素(Subtilin)和乳酸链球菌肽(Nisin);②植物来源,如糖肽(Glycopeptides) 和脂(Lipopep2tides)等[3]; ③动物来源,包括昆虫源和脊椎动物源,如:Ce2cropin 和Lebocin 等[4]抗菌肽可能的作用机制包括[5,6]:①产酸如:乳酸链球菌肽是由乳酸菌(Lactococcus lactis)产生的含3～4个氨基酸残基的短肽,是一种酸性物质,即使在胃这样低的pH值环境中稳定性也很高,表现出能抑制革兰氏阳性食品腐败菌的活性,具有抑制梭状孢杆菌(Clostridium)和杆菌(Bacillus)等菌属芽孢形成的功能。②抑制细胞壁的形成。细菌的细胞壁,能抗御菌体内强大的渗透压,具有保护和维持细菌正常形态的功能。其主要结构成分是细胞粘肽,由N2乙酰葡萄糖胺和五肽相连的N2乙酰胞壁酸重复交替联结而成。胞壁粘肽的生物合成可分为胞浆内、胞浆外3个阶段,每个阶段都有相应的抑制性物质可以对其进行抑制。③昆虫抗菌肽可形成电势依赖型细胞通道。昆虫抗菌肽作用位点是在易感微生物体质膜上形成离子通道性质的孔道上,使细胞内外渗透压改变,细胞内容物尤其是钾离子大量渗出,导致细胞死亡;也有的是在细胞膜上形成孢子,从而使细胞破裂,抑制其生长或使其死亡。
1. 2 促进矿物质吸收的肽
主要是动物乳中酪蛋白经胰蛋白酶作用后制得的酪蛋白磷酸肽,是以磷酸丝氨酸簇和谷氨酸簇为活性中心的肽,其作用机制在于,其活性中心所含有的大量丝酰磷酸簇聚集了大量的负电荷,可以与金属离子形成螯合物,这种螯合在碱性条件下也不会沉淀,从而促进了金属离子的不饱和被动扩散,进而促进金属离子的吸收。大多数酪蛋白磷酸肽具有以构:Ser2p2Ser2p2Ser2p2Glu2Glu ,现已证明,这种结构对于发挥其生理功能是必不可少的[7 ]。
1. 3 阿片样肽
阿片肽可通过结合在特定的阿片受体上来调控胃肠动力、消化吸收、摄食及内分泌机能。外源阿片肽能迅速升高动物摄食后胰岛素和生长抑素浓度，降低血糖浓度，使促生长激素（LH）活性升高，从而使摄食增加。阿片肽主要促进蛋白质和脂肪的摄入量，并与剂量有明显的依赖关系。ß-酪啡肽是目前研究最多、最深的一种乳类阿片肽，在体内具有重要的生理功能：镇静止痛、诱导睡眠、延长胃肠蠕动和刺激胃肠激素的释放、调节动物的采食量、影响营养素的吸收和代谢，并具有抗腹泻作用。此外，内啡肽能显著影响胃、胰脏的分泌；甲硫脑啡肽可以显著促进组织胺所致的胃酸和胃酶的分泌，使胃粘膜血流量增加；脑啡肽可抑制促胰液素和缩胆囊素的释放，降低胰液中水、酶和电介质的分泌。阿片样活性肽是研究最多、最早的活性肽,早在1979 年Christine Z 等报道,用胃蛋白酶水解小麦谷蛋白和酪蛋白,能够获得阿片样活性肽,具有与阿片(吗啡) 相似的药学性质,称为外啡肽(Exorphin) 。结构和活性关系的研究表明,肽序列Thr2Pro2X2Ser2Leu 中X 为芳香族氨基酸或脂肪族氨基酸时,具有明显的阿片样活性[8 ]。TakahashiM等从大米清蛋白的酶解物中获得了一种类阿片样拮抗活性的寡肽,称为Oryzatensin ,一级结构Gly2Tyr2Pro2Met2Tyr2Pro2Leu2Pro2Arg。类阿片样拮抗肽对治疗因阿片样肽活性亢进引起的各种疾病(如休克) 特别有效[9]。
1. 4 免疫多肽[10]
具有增强免疫功能的活性肽称作免疫活性肽。免疫活性肽是继牛乳提取物中发现阿片样肽后第2个被发现的生物活性肽,也是人乳蛋白中第1 个被发现的生物活性肽。研究表明,该肽不仅影响机体免疫系统, 同时也影响免疫反应和细胞功能。利用胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶水解牛乳酪蛋白可分离出具有免疫活性的免疫肽,即三肽Leu2Leu2Tyr 酪蛋白(β2酪蛋白的C 末端) 和六肽Thr2Thr2Met2Pro2Leu2Tyr (αa12酪蛋白的C 末端) 。该活性肽的主要功能是激活B 淋巴细胞和T 淋巴细胞,增强其吞噬能力,从而使人体产生对细菌和病毒的直接抗性。
1. 5 抗高血压肽
体内血压的调节是在肾素- 血管紧张素系统(RSA) 中,高血压蛋白原酶水解血管紧张素原,释放出无升压活性的十肽血管紧张素Ⅰ;血管紧张素转化酶(ACE)水解血管紧张素Ⅰ得到八肽的血管紧张素Ⅱ,则能引起血管收缩,造成高血压。同时血管紧张素Ⅱ还可抑制血管舒缓激肽的活性并刺激肾上腺皮质释放醛固酮,而血管舒缓激肽可以舒张血管,使血压降低,醛甾酮的作用则是减少肾脏对水分和盐的排泄,增加细胞外液量和血浆量,加大静脉回流量,间接引起高血压。因此,抑制ACE 活性的物质就有降血压功能[11 ,12]。
1. 6 谷胱甘肽
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,其结构中含有1个活泼的巯基( —SH) ,易被氧化脱氢,因而GSH 具有抗氧化性,可清除自由基, 使生物大分子、生物膜免受损害。GSH 对于放射线、放射性药物或由于抗肿瘤药物所引起的白细胞减少等症状,能够起到强有力的保护作用;GSH 能与进入机体的有毒化合物、重金属离子或致癌物质等相结合,并促进其排出体外,起到中和解毒作用。GSH 可阻止H2O2氧化血红蛋白,保护巯基防止溶血的出现,保证血红蛋白能持续发挥输氧功能。GSH 还可抑制乙醇侵害肝脏产生脂肪肝[13]。GSH 在与谷氨酸钠及呈味核苷酸等物质共存时,具有强烈的肉类风味,可作为营养性的肉类风味剂[14]。
1. 7 抗血栓肽
血液的凝固和乳的凝集是2 种重要的生理凝结过程,2 种凝集现象之间具有分子相似性。纤维蛋白质具有双重功能,它既参与血小板的凝集, 又参与纤维蛋白的形成,两者均与血液凝固和血栓形成有关。在血小板的凝集过程中, 纤维蛋白原结合到其表面的特殊部位。已经证实纤维蛋白原分子中的2 个结合位点, 一是纤维蛋白原C 链的C 端部分, 二是1 个或2 个四肽片段(KRPS、RGDS) , 这2 种肽都抑制血小板的凝集及纤维蛋白原结合到ADP 活性的血小板上。受凝乳酶的作用, 牛k2酪蛋白可以释放出1个十二肽,其活性类似于人的血浆纤维蛋白原γ链C端的1个十二肽;具有可抑制ADP 诱导的血小板的凝集及其与纤维蛋白原结合的作用。比较这2 种肽的氨基酸组成,可以观察到3处是相同或同源的,说明牛酪蛋白与人血浆纤维蛋白原C2 链之间的结构具有同源性。这也为凝乳和凝血2 种已被认为有若干共同点的凝聚过程提供了新的证[15]。
2、在动物生产中的应用
生物活性肽饲料添加剂作为一种绿色营养型饲料添加剂是根据分子生物学理论,应用现代生物工程和基因工程技术,以酶解法所得的具有生物活性并可促进动物生长和保健的有机物质。目前,在饲料行业中生物活性肽主要应用于以下几个方面。
2.1 替代部分抗生素
在饲料中添加抗生素可以预防疾病和感染的发生,但随之而来的环境污染、抗药性以及残留等问题也引起了人们的焦虑。近年来研究发现生物活性肽即有抗菌活性又有抗病毒活性,还可促进肠道内有益菌生长,提高消化吸收功能。研究发现一些环状肽、糖肽和脂肽具有抗生素和抗病毒作用,可作为健康促进剂取代抗生素。乳酸链球菌肽是由乳酸菌(Lactococcus lactis)产生的含3~4个氨基酸残基的短肽,是一种酸性物质,即使在胃这样低的pH值环境中稳定性也很高,表现出能抑制革兰氏阳性食品腐败菌的活性,具有抑制梭状孢杆菌(Clostridium)和杆菌(Bacillus)等菌属芽孢形成的功能。
1.2 改善饲料风味,提高适口性,具有诱食剂的功能
近年来许多研究表明,某些生物活性肽可以改善饲料的风味,起到饲料调味剂和诱食剂的作用。不同的氨基酸序列可以用来产生4种基本的味觉(酸、甜、苦、辣)。例如,天冬酰苯丙氨酸甲酯(Aspartame)是一种二肽,也是一种强烈的甜味剂;鸟氨酸-β-丙氨酸是一种碱性二肽,也是一种强烈的苦味肽。另外,包括Gly-Leu、Pro-Glu和Val-Glu等在内的缓冲肽,是增强风味肽,可以利用它们的缓冲作用起到增强风味的作用,例如寡聚谷氨酸(Glu-Glu, Glu - Glu - Glu)是一种苦味掩盖肽。由于畜禽的摄食量直接受饲料风味及适口性影响,据此我们可以设计出不同的肽段通过模仿、掩盖或加强味觉来改善饲料的适口性。
1.3 作为矿物元素载体,促进机体对矿物质的吸收
目前,大多数的研究集中于酶解酪蛋白产物所得的肽类对二价矿物阳离子的熬合和运输。Maubois等(1989)从α和β-酪蛋白的酶解液中分离出了可与矿物质结合的酪蛋白磷酸肽(ca seinphosphopeptides, cpps),它能与多种矿物质元素结合形成可溶性的有机磷酸盐,充当许多矿物元素如Ca2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Se2+体内运输的载体,能够促进小肠对矿物质元素的吸收,它能有效地与钙形成可溶性复合物,用作饲料的钙强化剂,增强肠道对钙的吸收以及钙在体内的保持。Rasmussen等[16]认为,不同的CPPs结合Ca2+的能力差异很大,这种差异可能与距
磷酸结合位点较远的氨基酸残基的极性有关。生物活性肽的吸收可按质子梯度进行主动运输,在膜的刷状缘中有其载体,吸收速率更快,同时短肽抗原性小,因而利用小肽合成体蛋白更有可能优化蛋白日粮。此外, CPPs还可作为许多矿物元素(如铁、锰、铜、硒)的载体,是一种良好的金属结合肽,利用CPPs促进钙、铁、锌、硒等矿物质元素的吸收利用特性,将其添加到饲料中以提高畜禽对这些元素的利用率,并可防治相应的缺乏症。
1.4 生理调节作用
Meisel等[17]研究表明,可以从牛乳、鱼、大豆和谷物蛋白酶水解产物中分离出包括内源类鸦片物质、内啡肽等其它调控肽,如生长激素抑制因子和促甲状腺激素释放激素。它们能够作为激素和神经递质与体内的μ、δ、γ-受体相互作用,可起到镇痛、调节呼吸和体温等功能。类吗啡活性肽具有类吗啡受体配体活性,能与机体内的类吗啡受体结合,具有止痛、止泻[18]、抑制胃肠蠕动、增强机体对氨基酸和其它营养物质的吸收功能。研究表明,生物活性肽在促进动物的胃肠道发育和成熟,提高胃肠道的消化和吸收功能,促进蛋白质合成与肌肉生长,增强机体免疫力等方面均发挥显著的作用,如初乳中的乳源性表皮生长因子
、IGF)可刺激胃肠道上皮组织的增殖和分化,刺激消化系统的发育成熟。
1.5 作为天然防腐剂,提高饲料品质
Lyengar等[19]报道,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,并且还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,从而防止食物的棕色反应。Prokorny[20]提出,一些抗氧化肽和蛋白水解产物能降低自动氧化速率和脂肪的过氧化物含量。由此可见,生物活性肽还可通过抗氧化及调味作用保护营养物质,增强营养物质摄入量,以达到增强营养作用的效果。另外,某些肽具有重金属清道夫和过氧化氢分解促进剂的作用,能降低自氧化速率,减少脂肪过氧化氢含量,减少自由基的生成,因而在动物饲料中可作为天然防氧化酸败的防腐剂。
1.6 增加畜禽机体免疫力
酪蛋白水解物中的免疫刺激肽、脾脏转移因子、胸腺肽都具有增加机体免疫力和抗病力的作用。Muthy等[21]研究表明胸腺制剂对雏鸡有明显的免疫增强效果,可提高鸡对马立克氏病的免疫力。姚金水等[22]实验表明,在雏鸡日粮中添加一定量的胸腺肽(适宜添加量为1. 328~2. 684mg/只•天)可调节鸡的内分泌活动,提高机体免疫功能,促进其生长发育。孙圣兰等[23]认为,胸腺肽和脾脏活性肽均有促进淋巴细胞向T淋巴细胞分化和刺激T淋巴细胞增殖的作用,它们不仅能促进鸡的生长,而且对其免疫机能也有明显的促进作用。研究表明,免疫活性肽能够增强机体免疫力,刺激淋巴细胞的增殖,增强巨噬细胞的吞噬功能,提高机体抵御外界病原体感染的能力,降低机体发病率,并具有抗肿瘤功能。Meisel[24]研究发现,从牛酪蛋白的胃蛋白酶-凝乳酶的分解产物中获得的酪蛋白碳端193~209序列可以显著促进老鼠淋巴细胞的增殖反应。Price等[25]报道,动物起源的Tuftsin和微生物起源的胞壁酰二肽(MDP)可增强识别巨噬细胞的功能,增强宿主对许多病原的非特异性抗体反应。
3 生物活性肽的生产
生物活性肽的生产方法很多,归纳起来主要有以下几种:分离提取法、蛋白质水解法、化学合成法、基因重组法和酶解法。人们通常根据所需肽的长度和数量来采用不同的方法。目前,由于酶解法与化学法相比具有以下优点而广泛应用于实际生产:它可以生产大量的小肽并且成本较低,此外其底物、反应剂不会对反应环境造成危害。目前主要是通过酶解法以动、植物蛋白为底物来生产生物活性肽。此外,应用生物技术生产生物活性短肽也具有良好的前景,目前已有一些尝试利用转基因酵母或转基因植物表达生产活性短肽。
4 展望
生物活性肽的发现开创了动物营养的新纪元,它的多种重要功能的发现,改变了过去对蛋白质营养功能单纯以氨基酸为蛋白质的结构及其在消化道中可能释放出的生物活性肽的组成和数量。肽较之游离氨基酸的重要性在于可提高动物对日粮中氮的利用率,这对于节约蛋白质饲料、减轻环境污染有重要作用。目前可通过酶水解蛋白制备具有生物活性的多肽,不仅具有极其广泛的活性和多样性,而且来源丰富、成本低、安全性好、便于工业化生产,从而为肽在畜牧生产中的应用提供了实用、安全的途径[26]。随着研究的深入可以预见,生物活性肽制品在畜牧业中将会有巨大的市场,特别在提倡生态农业、绿色饲料和畜牧业可持续发展的21世纪,研究和开发生物活性肽更具广阔前景。
参考文献
[1 ] 周业飞,孙镇平,杭柏林. 外源性生物活性肽的营养与生理作用[J ]. 动物医学进展,2003 ,24(6) :58 - 60.
[2] 闵育娜,刘虎,陆元东. 生物活性肽的生理作用及其在畜禽生产中的应用[J ]. 动物医学进展,2003 ,24(6) :64 - 66.
[3] 葛轶群,俞建瑛,宋聿文,等. 生物活性肽的研究进展[J ]. 中国生化药物杂志,1998 ,19(6) :404 - 406.
[4] 姜丽丽,尚德静. 中国林蛙皮肤抗菌肽抗菌的特性[J ]. 动物学杂志,2004 ,39(6) :70 - 72.
[5] 耿华,安春菊,郝友进,等. 昆虫抗菌肽的结构和功能研究现状[J ]. 生物学通报,2004 ,39(10) :1 - 4.
[6] 官霞,施用晖,乐国伟. 昆虫抗菌肽生物学活性及其应用前景[J ]. 中国禽牧杂志,2004 ,40(8) :37 - 39.
[7] 冯凤琴,许时婴,王璋. 生物活性物质酪蛋白磷酸肽的功能及应用[J ].食品与发酵工业,1996(5) :73 - 76.
[8] 曾晓波,林永成,王海英. 食物中的生物活性肽:生物活性及研究进展[J ]. 食品工业科技,2004 ,25(4) :151 - 155.
[9] 王世英. 阿片肽研究的回顾和展望[J ]. 生物学通报,2001 ,36(1) :5 - 7.
[10] 胡志和,阎喜霜,庞广昌,等. 富含生理活性功能成分的蛋白质———牛
初乳蛋白[J ]. 食品科学,2002 ,23(3) :155 - 157.
[11] 王志超,安玉会. 生物活性肽的研究进展[J ]. 河南医学研究,2004 ,13
(4) :354 - 356.
[12 ] 姜毓君,李庆章,闫宏博. 乳蛋白生物活性肽的药理作用及应用前景[J ]. 中国乳品工业,2004 ,32(5) :30 - 33.
[13] 王海滨. 生物活性肽的应用研究概况[J ]. 肉类工业,1999 ,8 :28 - 32.
[14] 樊利青. 微生物发酵制取功能食品的研究现状[J ]. 食品科学,2000 ,21(12) :182 - 184.
[15] 庞广昌,王秋韫,陈庆森. 生物活性肽的研究进展理论基础与展望[J ].食品科学,2001 ,22(2) :80 - 84.
[16] 官霞,施用晖,乐国伟.昆虫抗菌肽生物学活性及其应用前景[J].中国禽牧杂志, 2004, 40(8): 37~39
[17] MeiselH, Schlimnie E.Milk Proteins: precursors of bioactive
peptides [J].Trends Food SciTechno,l 1990, (2): 41~43
[18] DanielH.Effectofcase in and casom orphans on gastrointesti
nalmotility in rats[ J]. Journal ofNutrition, 1990, 3: 252 ~257
[19] LyengarR,McEvily A J. Anti-browning agents: alternatives
to the use of sulfites in foods [J].Trends Food SciTechno,l1992, 3: 60~64
[20] Prokorny.Natural antioxidants for food use [J]. Trends Food
SciThchno.l 1991, (2): 223~227
[21] MurthyK K,RaglandW L.Effectof thymic extracton blastongenic espones of checkens[J]. Poultry Sc,i 1992, 71(2): 311~315
[22] 姚金水,黄一帆.免疫增强剂对雏鸡免疫功能的影响[J].福建农业大学学报(自然科学版), 1994, 23(2): 199~202
[23] 孙圣兰,江青艳,傅伟龙.生物活性肽对鸡免疫功能的影响[J].山东家禽, 2002, 4: 41~43
[24] MeiselH. Biochemical properties of regulatory peptides derived from milk proteins [J]. Bilpolymer, 1997, 43(2): 119-128
[25] Price R E.Modulation of the intracellular survivalofBrucella
abortus by tuftsin andmuramyldipeptide [J].Veterinary Immunology and Immunopathology. 1993, 36: 265~279
[26] 庞广昌,王秋韫,陈庆森.生物活性肽的研究进展理论基础与展望[J].食品科学, 2001, 23(2): 80~84
关键词：生物活性肽；生理作用；生产中的应用
1 几种重要的生物活性肽及其生理功能
1. 1 抗菌肽
抗菌肽一般具有刺激巨噬细胞增长、提高免疫力和抗细菌侵袭的功能,其来源主要有3个:①微生物来源,包括乳酸杀菌素(Lactocin S),短杆菌肽(Gramicidin),万古霉素(Wancomycin ),枯草杆菌素(Subtilin)和乳酸链球菌肽(Nisin);②植物来源,如糖肽(Glycopeptides) 和脂(Lipopep2tides)等[3]; ③动物来源,包括昆虫源和脊椎动物源,如:Ce2cropin 和Lebocin 等[4]抗菌肽可能的作用机制包括[5,6]:①产酸如:乳酸链球菌肽是由乳酸菌(Lactococcus lactis)产生的含3～4个氨基酸残基的短肽,是一种酸性物质,即使在胃这样低的pH值环境中稳定性也很高,表现出能抑制革兰氏阳性食品腐败菌的活性,具有抑制梭状孢杆菌(Clostridium)和杆菌(Bacillus)等菌属芽孢形成的功能。②抑制细胞壁的形成。细菌的细胞壁,能抗御菌体内强大的渗透压,具有保护和维持细菌正常形态的功能。其主要结构成分是细胞粘肽,由N2乙酰葡萄糖胺和五肽相连的N2乙酰胞壁酸重复交替联结而成。胞壁粘肽的生物合成可分为胞浆内、胞浆外3个阶段,每个阶段都有相应的抑制性物质可以对其进行抑制。③昆虫抗菌肽可形成电势依赖型细胞通道。昆虫抗菌肽作用位点是在易感微生物体质膜上形成离子通道性质的孔道上,使细胞内外渗透压改变,细胞内容物尤其是钾离子大量渗出,导致细胞死亡;也有的是在细胞膜上形成孢子,从而使细胞破裂,抑制其生长或使其死亡。
1. 2 促进矿物质吸收的肽
主要是动物乳中酪蛋白经胰蛋白酶作用后制得的酪蛋白磷酸肽,是以磷酸丝氨酸簇和谷氨酸簇为活性中心的肽,其作用机制在于,其活性中心所含有的大量丝酰磷酸簇聚集了大量的负电荷,可以与金属离子形成螯合物,这种螯合在碱性条件下也不会沉淀,从而促进了金属离子的不饱和被动扩散,进而促进金属离子的吸收。大多数酪蛋白磷酸肽具有以构:Ser2p2Ser2p2Ser2p2Glu2Glu ,现已证明,这种结构对于发挥其生理功能是必不可少的[7 ]。
1. 3 阿片样肽
阿片肽可通过结合在特定的阿片受体上来调控胃肠动力、消化吸收、摄食及内分泌机能。外源阿片肽能迅速升高动物摄食后胰岛素和生长抑素浓度，降低血糖浓度，使促生长激素（LH）活性升高，从而使摄食增加。阿片肽主要促进蛋白质和脂肪的摄入量，并与剂量有明显的依赖关系。ß-酪啡肽是目前研究最多、最深的一种乳类阿片肽，在体内具有重要的生理功能：镇静止痛、诱导睡眠、延长胃肠蠕动和刺激胃肠激素的释放、调节动物的采食量、影响营养素的吸收和代谢，并具有抗腹泻作用。此外，内啡肽能显著影响胃、胰脏的分泌；甲硫脑啡肽可以显著促进组织胺所致的胃酸和胃酶的分泌，使胃粘膜血流量增加；脑啡肽可抑制促胰液素和缩胆囊素的释放，降低胰液中水、酶和电介质的分泌。阿片样活性肽是研究最多、最早的活性肽,早在1979 年Christine Z 等报道,用胃蛋白酶水解小麦谷蛋白和酪蛋白,能够获得阿片样活性肽,具有与阿片(吗啡) 相似的药学性质,称为外啡肽(Exorphin) 。结构和活性关系的研究表明,肽序列Thr2Pro2X2Ser2Leu 中X 为芳香族氨基酸或脂肪族氨基酸时,具有明显的阿片样活性[8 ]。TakahashiM等从大米清蛋白的酶解物中获得了一种类阿片样拮抗活性的寡肽,称为Oryzatensin ,一级结构Gly2Tyr2Pro2Met2Tyr2Pro2Leu2Pro2Arg。类阿片样拮抗肽对治疗因阿片样肽活性亢进引起的各种疾病(如休克) 特别有效[9]。
1. 4 免疫多肽[10]
具有增强免疫功能的活性肽称作免疫活性肽。免疫活性肽是继牛乳提取物中发现阿片样肽后第2个被发现的生物活性肽,也是人乳蛋白中第1 个被发现的生物活性肽。研究表明,该肽不仅影响机体免疫系统, 同时也影响免疫反应和细胞功能。利用胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶水解牛乳酪蛋白可分离出具有免疫活性的免疫肽,即三肽Leu2Leu2Tyr 酪蛋白(β2酪蛋白的C 末端) 和六肽Thr2Thr2Met2Pro2Leu2Tyr (αa12酪蛋白的C 末端) 。该活性肽的主要功能是激活B 淋巴细胞和T 淋巴细胞,增强其吞噬能力,从而使人体产生对细菌和病毒的直接抗性。
1. 5 抗高血压肽
体内血压的调节是在肾素- 血管紧张素系统(RSA) 中,高血压蛋白原酶水解血管紧张素原,释放出无升压活性的十肽血管紧张素Ⅰ;血管紧张素转化酶(ACE)水解血管紧张素Ⅰ得到八肽的血管紧张素Ⅱ,则能引起血管收缩,造成高血压。同时血管紧张素Ⅱ还可抑制血管舒缓激肽的活性并刺激肾上腺皮质释放醛固酮,而血管舒缓激肽可以舒张血管,使血压降低,醛甾酮的作用则是减少肾脏对水分和盐的排泄,增加细胞外液量和血浆量,加大静脉回流量,间接引起高血压。因此,抑制ACE 活性的物质就有降血压功能[11 ,12]。
1. 6 谷胱甘肽
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,其结构中含有1个活泼的巯基( —SH) ,易被氧化脱氢,因而GSH 具有抗氧化性,可清除自由基, 使生物大分子、生物膜免受损害。GSH 对于放射线、放射性药物或由于抗肿瘤药物所引起的白细胞减少等症状,能够起到强有力的保护作用;GSH 能与进入机体的有毒化合物、重金属离子或致癌物质等相结合,并促进其排出体外,起到中和解毒作用。GSH 可阻止H2O2氧化血红蛋白,保护巯基防止溶血的出现,保证血红蛋白能持续发挥输氧功能。GSH 还可抑制乙醇侵害肝脏产生脂肪肝[13]。GSH 在与谷氨酸钠及呈味核苷酸等物质共存时,具有强烈的肉类风味,可作为营养性的肉类风味剂[14]。
1. 7 抗血栓肽
血液的凝固和乳的凝集是2 种重要的生理凝结过程,2 种凝集现象之间具有分子相似性。纤维蛋白质具有双重功能,它既参与血小板的凝集, 又参与纤维蛋白的形成,两者均与血液凝固和血栓形成有关。在血小板的凝集过程中, 纤维蛋白原结合到其表面的特殊部位。已经证实纤维蛋白原分子中的2 个结合位点, 一是纤维蛋白原C 链的C 端部分, 二是1 个或2 个四肽片段(KRPS、RGDS) , 这2 种肽都抑制血小板的凝集及纤维蛋白原结合到ADP 活性的血小板上。受凝乳酶的作用, 牛k2酪蛋白可以释放出1个十二肽,其活性类似于人的血浆纤维蛋白原γ链C端的1个十二肽;具有可抑制ADP 诱导的血小板的凝集及其与纤维蛋白原结合的作用。比较这2 种肽的氨基酸组成,可以观察到3处是相同或同源的,说明牛酪蛋白与人血浆纤维蛋白原C2 链之间的结构具有同源性。这也为凝乳和凝血2 种已被认为有若干共同点的凝聚过程提供了新的证[15]。
2、在动物生产中的应用
生物活性肽饲料添加剂作为一种绿色营养型饲料添加剂是根据分子生物学理论,应用现代生物工程和基因工程技术,以酶解法所得的具有生物活性并可促进动物生长和保健的有机物质。目前,在饲料行业中生物活性肽主要应用于以下几个方面。
2.1 替代部分抗生素
在饲料中添加抗生素可以预防疾病和感染的发生,但随之而来的环境污染、抗药性以及残留等问题也引起了人们的焦虑。近年来研究发现生物活性肽即有抗菌活性又有抗病毒活性,还可促进肠道内有益菌生长,提高消化吸收功能。研究发现一些环状肽、糖肽和脂肽具有抗生素和抗病毒作用,可作为健康促进剂取代抗生素。乳酸链球菌肽是由乳酸菌(Lactococcus lactis)产生的含3~4个氨基酸残基的短肽,是一种酸性物质,即使在胃这样低的pH值环境中稳定性也很高,表现出能抑制革兰氏阳性食品腐败菌的活性,具有抑制梭状孢杆菌(Clostridium)和杆菌(Bacillus)等菌属芽孢形成的功能。
1.2 改善饲料风味,提高适口性,具有诱食剂的功能
近年来许多研究表明,某些生物活性肽可以改善饲料的风味,起到饲料调味剂和诱食剂的作用。不同的氨基酸序列可以用来产生4种基本的味觉(酸、甜、苦、辣)。例如,天冬酰苯丙氨酸甲酯(Aspartame)是一种二肽,也是一种强烈的甜味剂;鸟氨酸-β-丙氨酸是一种碱性二肽,也是一种强烈的苦味肽。另外,包括Gly-Leu、Pro-Glu和Val-Glu等在内的缓冲肽,是增强风味肽,可以利用它们的缓冲作用起到增强风味的作用,例如寡聚谷氨酸(Glu-Glu, Glu - Glu - Glu)是一种苦味掩盖肽。由于畜禽的摄食量直接受饲料风味及适口性影响,据此我们可以设计出不同的肽段通过模仿、掩盖或加强味觉来改善饲料的适口性。
1.3 作为矿物元素载体,促进机体对矿物质的吸收
目前,大多数的研究集中于酶解酪蛋白产物所得的肽类对二价矿物阳离子的熬合和运输。Maubois等(1989)从α和β-酪蛋白的酶解液中分离出了可与矿物质结合的酪蛋白磷酸肽(ca seinphosphopeptides, cpps),它能与多种矿物质元素结合形成可溶性的有机磷酸盐,充当许多矿物元素如Ca2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Se2+体内运输的载体,能够促进小肠对矿物质元素的吸收,它能有效地与钙形成可溶性复合物,用作饲料的钙强化剂,增强肠道对钙的吸收以及钙在体内的保持。Rasmussen等[16]认为,不同的CPPs结合Ca2+的能力差异很大,这种差异可能与距
磷酸结合位点较远的氨基酸残基的极性有关。生物活性肽的吸收可按质子梯度进行主动运输,在膜的刷状缘中有其载体,吸收速率更快,同时短肽抗原性小,因而利用小肽合成体蛋白更有可能优化蛋白日粮。此外, CPPs还可作为许多矿物元素(如铁、锰、铜、硒)的载体,是一种良好的金属结合肽,利用CPPs促进钙、铁、锌、硒等矿物质元素的吸收利用特性,将其添加到饲料中以提高畜禽对这些元素的利用率,并可防治相应的缺乏症。
1.4 生理调节作用
Meisel等[17]研究表明,可以从牛乳、鱼、大豆和谷物蛋白酶水解产物中分离出包括内源类鸦片物质、内啡肽等其它调控肽,如生长激素抑制因子和促甲状腺激素释放激素。它们能够作为激素和神经递质与体内的μ、δ、γ-受体相互作用,可起到镇痛、调节呼吸和体温等功能。类吗啡活性肽具有类吗啡受体配体活性,能与机体内的类吗啡受体结合,具有止痛、止泻[18]、抑制胃肠蠕动、增强机体对氨基酸和其它营养物质的吸收功能。研究表明,生物活性肽在促进动物的胃肠道发育和成熟,提高胃肠道的消化和吸收功能,促进蛋白质合成与肌肉生长,增强机体免疫力等方面均发挥显著的作用,如初乳中的乳源性表皮生长因子
、IGF)可刺激胃肠道上皮组织的增殖和分化,刺激消化系统的发育成熟。
1.5 作为天然防腐剂,提高饲料品质
Lyengar等[19]报道,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,并且还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,从而防止食物的棕色反应。Prokorny[20]提出,一些抗氧化肽和蛋白水解产物能降低自动氧化速率和脂肪的过氧化物含量。由此可见,生物活性肽还可通过抗氧化及调味作用保护营养物质,增强营养物质摄入量,以达到增强营养作用的效果。另外,某些肽具有重金属清道夫和过氧化氢分解促进剂的作用,能降低自氧化速率,减少脂肪过氧化氢含量,减少自由基的生成,因而在动物饲料中可作为天然防氧化酸败的防腐剂。
1.6 增加畜禽机体免疫力
酪蛋白水解物中的免疫刺激肽、脾脏转移因子、胸腺肽都具有增加机体免疫力和抗病力的作用。Muthy等[21]研究表明胸腺制剂对雏鸡有明显的免疫增强效果,可提高鸡对马立克氏病的免疫力。姚金水等[22]实验表明,在雏鸡日粮中添加一定量的胸腺肽(适宜添加量为1. 328~2. 684mg/只•天)可调节鸡的内分泌活动,提高机体免疫功能,促进其生长发育。孙圣兰等[23]认为,胸腺肽和脾脏活性肽均有促进淋巴细胞向T淋巴细胞分化和刺激T淋巴细胞增殖的作用,它们不仅能促进鸡的生长,而且对其免疫机能也有明显的促进作用。研究表明,免疫活性肽能够增强机体免疫力,刺激淋巴细胞的增殖,增强巨噬细胞的吞噬功能,提高机体抵御外界病原体感染的能力,降低机体发病率,并具有抗肿瘤功能。Meisel[24]研究发现,从牛酪蛋白的胃蛋白酶-凝乳酶的分解产物中获得的酪蛋白碳端193~209序列可以显著促进老鼠淋巴细胞的增殖反应。Price等[25]报道,动物起源的Tuftsin和微生物起源的胞壁酰二肽(MDP)可增强识别巨噬细胞的功能,增强宿主对许多病原的非特异性抗体反应。
3 生物活性肽的生产
生物活性肽的生产方法很多,归纳起来主要有以下几种:分离提取法、蛋白质水解法、化学合成法、基因重组法和酶解法。人们通常根据所需肽的长度和数量来采用不同的方法。目前,由于酶解法与化学法相比具有以下优点而广泛应用于实际生产:它可以生产大量的小肽并且成本较低,此外其底物、反应剂不会对反应环境造成危害。目前主要是通过酶解法以动、植物蛋白为底物来生产生物活性肽。此外,应用生物技术生产生物活性短肽也具有良好的前景,目前已有一些尝试利用转基因酵母或转基因植物表达生产活性短肽。
4 展望
生物活性肽的发现开创了动物营养的新纪元,它的多种重要功能的发现,改变了过去对蛋白质营养功能单纯以氨基酸为蛋白质的结构及其在消化道中可能释放出的生物活性肽的组成和数量。肽较之游离氨基酸的重要性在于可提高动物对日粮中氮的利用率,这对于节约蛋白质饲料、减轻环境污染有重要作用。目前可通过酶水解蛋白制备具有生物活性的多肽,不仅具有极其广泛的活性和多样性,而且来源丰富、成本低、安全性好、便于工业化生产,从而为肽在畜牧生产中的应用提供了实用、安全的途径[26]。随着研究的深入可以预见,生物活性肽制品在畜牧业中将会有巨大的市场,特别在提倡生态农业、绿色饲料和畜牧业可持续发展的21世纪,研究和开发生物活性肽更具广阔前景。
参考文献
[1 ] 周业飞,孙镇平,杭柏林. 外源性生物活性肽的营养与生理作用[J ]. 动物医学进展,2003 ,24(6) :58 - 60.
[2] 闵育娜,刘虎,陆元东. 生物活性肽的生理作用及其在畜禽生产中的应用[J ]. 动物医学进展,2003 ,24(6) :64 - 66.
[3] 葛轶群,俞建瑛,宋聿文,等. 生物活性肽的研究进展[J ]. 中国生化药物杂志,1998 ,19(6) :404 - 406.
[4] 姜丽丽,尚德静. 中国林蛙皮肤抗菌肽抗菌的特性[J ]. 动物学杂志,2004 ,39(6) :70 - 72.
[5] 耿华,安春菊,郝友进,等. 昆虫抗菌肽的结构和功能研究现状[J ]. 生物学通报,2004 ,39(10) :1 - 4.
[6] 官霞,施用晖,乐国伟. 昆虫抗菌肽生物学活性及其应用前景[J ]. 中国禽牧杂志,2004 ,40(8) :37 - 39.
[7] 冯凤琴,许时婴,王璋. 生物活性物质酪蛋白磷酸肽的功能及应用[J ].食品与发酵工业,1996(5) :73 - 76.
[8] 曾晓波,林永成,王海英. 食物中的生物活性肽:生物活性及研究进展[J ]. 食品工业科技,2004 ,25(4) :151 - 155.
[9] 王世英. 阿片肽研究的回顾和展望[J ]. 生物学通报,2001 ,36(1) :5 - 7.
[10] 胡志和,阎喜霜,庞广昌,等. 富含生理活性功能成分的蛋白质———牛
初乳蛋白[J ]. 食品科学,2002 ,23(3) :155 - 157.
[11] 王志超,安玉会. 生物活性肽的研究进展[J ]. 河南医学研究,2004 ,13
(4) :354 - 356.
[12 ] 姜毓君,李庆章,闫宏博. 乳蛋白生物活性肽的药理作用及应用前景[J ]. 中国乳品工业,2004 ,32(5) :30 - 33.
[13] 王海滨. 生物活性肽的应用研究概况[J ]. 肉类工业,1999 ,8 :28 - 32.
[14] 樊利青. 微生物发酵制取功能食品的研究现状[J ]. 食品科学,2000 ,21(12) :182 - 184.
[15] 庞广昌,王秋韫,陈庆森. 生物活性肽的研究进展理论基础与展望[J ].食品科学,2001 ,22(2) :80 - 84.
[16] 官霞,施用晖,乐国伟.昆虫抗菌肽生物学活性及其应用前景[J].中国禽牧杂志, 2004, 40(8): 37~39
[17] MeiselH, Schlimnie E.Milk Proteins: precursors of bioactive
peptides [J].Trends Food SciTechno,l 1990, (2): 41~43
[18] DanielH.Effectofcase in and casom orphans on gastrointesti
nalmotility in rats[ J]. Journal ofNutrition, 1990, 3: 252 ~257
[19] LyengarR,McEvily A J. Anti-browning agents: alternatives
to the use of sulfites in foods [J].Trends Food SciTechno,l1992, 3: 60~64
[20] Prokorny.Natural antioxidants for food use [J]. Trends Food
SciThchno.l 1991, (2): 223~227
[21] MurthyK K,RaglandW L.Effectof thymic extracton blastongenic espones of checkens[J]. Poultry Sc,i 1992, 71(2): 311~315
[22] 姚金水,黄一帆.免疫增强剂对雏鸡免疫功能的影响[J].福建农业大学学报(自然科学版), 1994, 23(2): 199~202
[23] 孙圣兰,江青艳,傅伟龙.生物活性肽对鸡免疫功能的影响[J].山东家禽, 2002, 4: 41~43
[24] MeiselH. Biochemical properties of regulatory peptides derived from milk proteins [J]. Bilpolymer, 1997, 43(2): 119-128
[25] Price R E.Modulation of the intracellular survivalofBrucella
abortus by tuftsin andmuramyldipeptide [J].Veterinary Immunology and Immunopathology. 1993, 36: 265~279
[26] 庞广昌,王秋韫,陈庆森.生物活性肽的研究进展理论基础与展望[J].食品科学, 2001, 23(2): 80~84