【摘 要】
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鲜味作为人类味觉感知的基本味道之一,在人类感知系统中至关重要。鲜味受体可以识别L-谷氨酸钠、核苷酸、有机酸及较大寡肽等多种鲜味物质,其中关于谷氨酸代谢型鲜味受体对L-谷氨酸钠的识别研究相对较为清晰,但另一类T1R1/T1R3鲜味受体由于膜蛋白难于表达和纯化的限制,结构未解析,导致其配体特征和机制并不明确,严重限制了食品鲜味的发展。目前,已确定人源T1R1受体胞外端(hT1R1-VFT)负责识别结合
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鲜味作为人类味觉感知的基本味道之一,在人类感知系统中至关重要。鲜味受体可以识别L-谷氨酸钠、核苷酸、有机酸及较大寡肽等多种鲜味物质,其中关于谷氨酸代谢型鲜味受体对L-谷氨酸钠的识别研究相对较为清晰,但另一类T1R1/T1R3鲜味受体由于膜蛋白难于表达和纯化的限制,结构未解析,导致其配体特征和机制并不明确,严重限制了食品鲜味的发展。目前,已确定人源T1R1受体胞外端(hT1R1-VFT)负责识别结合L-谷氨酸钠,但是否亲和鲜味肽及其结合规律特征尚不明确。因此,本研究利用两种重组蛋白异源表达系统进行T1R1受体胞外端蛋白的表达,以获得大量重组蛋白,基于蛋白-配体相互作用检测方法及计算模拟的手段建立靶向T1R1受体的鲜味多肽检测系统,从而探究不同鲜味多肽与hT1R1受体结合的动力学,解释鲜味肽呈鲜机理。主要研究内容如下:(1)构建hT1R1-VFT蛋白的哺乳动物细胞表达系统和大肠杆菌表达系统。哺乳动物细胞表达系统中,进行HEK293F细胞培养及目的基因转染后,Western-Blot验证目的蛋白质表达量极少,无法达到下一步研究与多肽配体亲和作用所需的蛋白量的要求。大肠杆菌原核表达系统中,以聚丙烯酰胺凝胶电泳分析诱导表达的T1R1-VFT目的蛋白,发现目的蛋白以包涵体形式存在,对包涵体进行变复性操作,利用改进的复性方法对目的蛋白进行逐步透析,缓慢降低变性剂的浓度,成功得到纯度较高、蛋白量符合实验要求的T1R1-VFT目的蛋白。最后,利用圆二色谱技术对复性后的T1R1-VFT蛋白进行分析,确认利用大肠杆菌表达系统得到的蛋白为具有正确折叠结构的目的蛋白。(2)基于表达的hT1R1-VFT目的蛋白,利用不同配体与受体相互作用检测方法,建立全新的靶向人源T1R1受体的鲜味多肽检测系统。首先合成四种鲜味多肽,通过荧光淬灭光谱法检测多肽与T1R1-VFT的亲和力,测得多肽GRVSNCAA的Ka值为479.55 M-1;KGGGGP为108.56 M-1;而L-谷氨酸钠的Ka值为32.97 M-1,故两种多肽相比于L-谷氨酸钠对hT1R1-VFT均有更强的亲和力。虽然KGDEESLA和TGDPEK的Ka值相对较低,分别为3.82 M-1和2.67 M-1,仍然表明鲜味肽可与hT1R1-VFT相互作用。所以,四种多肽均可通过荧光淬灭光谱法证明与hT1R1-VFT有亲和作用,且L-谷氨酸钠对T1R1-VFT的亲和力相对于多肽处于中等水平。利用表面等离子共振和等温滴定量热技术验证鲜味肽与T1R1-VFT之间的亲和力,模型拟合进一步表明八肽GRVSNCAA与T1R1-VFT有较强的亲和力,其余三种多肽同样与hT1R1-VFT表现出相互作用。本研究表明鲜味多肽对人源T1R1有较强的亲和作用,并且首次通过实验数据支持多肽靶向T1R1受体的猜想,初步建立了靶向人源T1R1受体的鲜味多肽检测系统。(3)确定鲜味多肽与T1R1-VFT相互作用后,结合计算模拟方法进一步分析二者的相互作用力与结合特征。利用同家族已解析的结构进行同源建模,评估模型合理性之后进行分子对接,随后进行MD模拟与结合自由能计算,进而寻找出T1R1受体与中长链鲜味肽的结合规律,以此来为下一步设计新的高强度鲜味肽奠定基础。通过MD模拟与结合自由能的分析,并结合多肽的性质研究,发现疏水性强的多肽表现为更高的亲和受体特征,与受体有更低的结合自由能,说明鲜味肽与T1R1-VFT受体形成更亲和的复合物,即鲜味肽的鲜味强度更高,感官评估的阈值更低。因此,筛选新型鲜味多肽的过程中,适当的疏水性氨基酸残基是值得考虑的因素。本研究通过异源表达hT1R1-VFT蛋白,利用配体与受体亲和作用检测方法与计算模拟手段深入研究了鲜味多肽对T1R1受体的结合机制,成功建立一套靶向人源T1R1受体的鲜味肽检测系统。我们的结果验证了鲜味多肽对hT1R1的高亲和力,且四种多肽的亲和力数据和感官评估鲜味阈值的趋势是相同的,由此认为鲜味受体T1R1是鲜味多肽的主要亲和受体;而常见的鲜味剂L-谷氨酸钠除了传统认知的结合谷氨酸代谢型受体以外,可以同时刺激T1R1,且刺激强度处于中等水平。计算模拟表明,多肽因构象变化占据hT1R1结合口袋中的不同结合位点是表现出不同鲜味阈值的重要因素,且多肽的疏水性在亲和过程中有重要贡献。本文建立的系统使得快速筛选高强度鲜味肽和基于T1R1受体的鲜味检测传感器的发展成为可能,有助于设计具有较高呈鲜能力的鲜味肽。
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