光谱法结合分子动力学模拟研究臭氧对肌红蛋白结构的作用机制

摘要：

臭氧(O3 )是一种具有强氧化性作用的杀菌消毒剂,因其安全无害等特点已被广泛用于肉制品生产加工的减菌处理,但O3 减菌处理对红肉色泽具有较强的负面作用,且其作用机制尚缺乏研究.针对肌红蛋白(M b)存在状态是决定红色肉色泽关键因素的基础,通过紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法和圆二色光谱法(CD)研究O3 作用下M b的光谱特性变化,结合蛋白质氧化特征指标分析和分子动力学模拟技术探究O3对M b分子的作用效果与机制.光谱研究结果表明,O3 处理可使M b的紫外-可见光谱图在412 nm左右处的铁卟啉环特征峰及540和580 nm附近的氧合肌红蛋白(OM b)特征峰的强度减弱,其中铁卟啉环特征峰发生蓝移;利用固定激发波长280 nm下测定M b内源性荧光和同步荧光光谱表明O3 会降低M b的荧光强度,增大铁卟啉基团贡献的荧光峰强度和造成酪氨酸残基荧光光谱特征峰的蓝移;O3 作用使M b三维荧光光谱特征峰强度的下降及光散射强度的增加.以上变化推断出O3 会促进M b的氧化,造成其氨基酸残基疏水基团裸露,使M b所处微环境及其蛋白构象改变;CD分析表明O3 与肌红蛋白接触时间越久,蛋白质二级结构变化越明显,造成α-螺旋的含量下降,无规则卷曲增加.辅以检测不同强度O3 处理M b的含量及性质的变化,可知O3 处理使OMb含量下降,高铁肌红蛋白(MMb)含量增加,同时O3 处理Mb的羰基含量增加和巯基含量下降,这也进一步证实O3 作用促进了M b的氧化,此外,O3 处理M b表面疏水性的增强,说明O3 造成M b体系微环境的极性变化.分子动力学模拟结果显示O3 会提高M b肽链的RM SD值,影响M b肽链的稳定性,减弱铁卟啉环与Mb肽链的相互作用;RMSF结果表明Mb活性口袋附近氨基酸残基的变化较大;蛋白质二级结构分析与光谱学试验研究结果一致,M b的α-螺旋的含量下降,无规则卷曲增加.总而言之, O3 可作用于M b的氨基酸残基,导致蛋白质二级结构和疏水性改变,并发生蛋白氧化及铁卟啉环暴露,进而引起红色肉色泽发生改变.该研究可为生鲜红肉护色技术制定等提供一定理论依据.

关键词：肌红蛋白、臭氧、光谱法、分子动力学模拟、蛋白质结构

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分类号：TS201.2(食品工业)

资助基金：国家自然科学基金项目31677880 ,浙江省重大科技专项2015C02038 ,中国博士后科学基金面上项目2016M601968

在线出版日期：2019-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：3115-3121