牛α S1-酪蛋白基因研究新进展

田 青

(江苏食品职业技术学院,江苏淮安 225009)

酪蛋白是牛乳中主要蛋白质,约占乳蛋白含量的80%,含有几乎全部的必需氨基酸,且酪蛋白能增加幼畜对钙和磷的吸收,是最有营养价值的蛋白质。牛乳中含有四种不同类型的酪蛋白,即α-酪蛋白(α s1-酪蛋白和α s2-酪蛋白),占酪蛋白总量的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)基因介绍

α s1-酪蛋白(α s1-casein)是牛奶蛋白中含磷蛋白质之一,也是α-酪蛋白中一个重要组分,它占牛奶中总蛋白量的39%～46%。牛α s1-酪蛋白基因和K-酪蛋白基因是牛乳腺组织中转录相当活跃的两个功能基因。α s1-酪蛋白基因结构长达17.5 kb,国内已成功克隆了牛α s1-酪蛋白基因5'端及其上游区和部分3'端编码区的序列,发现在几处位点存在点突变,即A、B、C、D、E。B型变异在欧洲家牛奶中出现最多;C在瘤牛和牦牛中占主导地位。

2 as1-酪蛋白遗传多态性研究

(Nagao等,1984)[1]首次报道了aSl-CN的cDNA全序列,其开放阅读框包含573个核苷酸。(白文林等,2005)[2]利用PCR-RFLP技术检测了天祝白牦牛α s1-酪蛋白基因部分序列的遗传多态性,结果表明天祝白牦牛群体α s1-酪蛋白基因表现单态。(张才骏等,2000)[3]对青海省4个品种560头牛乳中的α s1-酪蛋白进行了电泳研究,结果发现青海牛乳中α s1-酪蛋白基因座受α s1-CNB,α s1-CNC,α s1-CND 和α s1-CNE4个等位基因的控制,有α s1-CNBB,α s1-CNBC,as1-CNBD,α s1-CNBE,α s1-CNCC和α s1-CNCD6种基因型;同时在青海东部黄牛中发现一种新等位基因α s1-CNE和一种罕见等位基因α s1-CND。(祁宏等,2009)[4]发现截至2009,牛aSl酪蛋白共发现有9种变异体,由核苷酸非同义替换、插入或缺失及外显子跳跃造成。牛as-酪蛋白蛋白质序列及DNA序列的高度差异性揭示其编码基因可能是一个高速进化的基因家族。as1-酪蛋白基因与泌乳性状之间的关联性可以用基因调控区,特别是转录因子结合位点存在突变位点来解释,即基因调控元件核酸序列的变异会导致转录效率的改变,增加或减少mRNA的丰度,因此导致生产的乳蛋白量存在差异。

(Chianese L,etal 2009)[5]采用免疫电泳技术、色谱技术和质谱分析相结合的方法,研究了意大利南部地中海水牛酪蛋白遗传多态性,与as1-酪蛋白变体A相比发现了一种新的as1-酪蛋白变体B,这种等位基因的频率和地中海水牛奶中决定干酪的因子(MBC)非常相近,是一种唯一来源于地中海水牛品种原料乳的原产地保护奶酪(PDO),不管在牛奶中还是在奶酪中,这两种变体的相对比例都可以作为判定PDO MBC奶酪真实性的指标。

3 as1-酪蛋白生物活性肽的研究进展

3.1 酪蛋白抗菌肽的抗菌作用

目前来源于as1-酪蛋白的抗菌肽有两种,一种是(lahov,1996)[6]研究发现的Isracidin,其氨基酸序列为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对葡萄球菌、八叠球菌、枯草杆菌、肺炎双球菌、化脓链球菌具有强的抑制作用。

另一种是(McCann K.B.etal2006)[7]用胃蛋白酶、胰蛋白酶、a-糜蛋白酶、b-糜蛋白酶对牛酪蛋白进行水解所得到的CP1,并对其抗菌活性进行了评估。胃蛋白酶消化牛酪蛋白表现出抗菌活性,用反相高效液相色谱分析法和电喷射电离质谱分析法对抗菌肽进行分离和特征鉴定,发现了两种抗菌肽:一种(CP1)与牛as1-酪蛋白99～109残基相符合,另一种是以前报道的(CP2)与牛as2-酪蛋白183～207残基相符合。CP1、CP2的最低抑菌浓度(MIC)与一系列的细菌培养有关,CP1对所有革兰氏阳性菌的最低抑菌浓度(MIC)为125 mg/mL,对革兰氏阴性菌的MIC范围在125～41 000 mg/Ml;CP2普遍对革兰氏阳性菌更有效,MIC为21 mg/mL,对大多数革兰氏阴性菌的MIC范围是332～4 664 mg/mL。

3.2 酪蛋白磷酸肽的作用

(李勇竞等,2005;尤丽菊,2008;孙延春,2011)[8-10]发现,CPPs(酪蛋白磷酸肽)有α和β两种构型,前者由α-酪蛋白水解分离纯化生成,其主要功能区是α S1-(59～79)5P。它的生理功能多样,在中性或弱碱性环境中,CPPs既可以抵抗消化道中各种酶的水解,又可以与钙结合成可溶物,从而防止钙形成磷酸钙沉淀,同时还可以有效地延长钙在体内的滞留时间,从而促进肠道对矿物元素的吸收,促进牙齿骨骼中钙的沉积和钙化,从而起到防龋齿的作用,还可以起到促进动物体外受精、增强免疫力、还可以诱导细胞凋亡起到抗肿瘤的作用。(周根来等,2011)[11]研究发现酪蛋白磷酸肽对断奶仔猪生长有一定的促进作用,能提高仔猪的免疫功能。(王永胜等,2007)[12]研究发现,添加 0.1%和 0.5%CPPs能显著提高肉仔鸡新城疫抗体效价,同时,0.5%CPPs还能显著提高肉仔鸡血清 IgA含量和外周 T-淋巴细胞转化率。(王艳青等,2008)[13]研究发现,日粮中添加0.1%或0.5%CPP,能显著提高肉仔鸡对钙、铁、锌和锰的吸收利用。目前在食品工业中、药物中和动物生产中已经作为功能性成分而得到了应用。

3.3 血管紧张素转化酶活性抑制肽的作用

血管紧张素转化酶(ACE)其主要作用是将血管紧张素Ⅰ(Ang I)转换为血管紧张素Ⅱ,而后者是一种强烈的血管收缩物质,从而使得血压升高;而血管紧张素转化酶活性抑制肽可以使ACE的活性降低,从而使血管舒张,降低血压。ACE抑制肽是当今治疗高血压与心力衰竭主要的有效药物,其具有降低血压、抗动脉粥样硬化、调整血脂紊乱等功效[14]。

(WANG Zhan-li,etal.2011)[15]用计算机辅助方法研究了牛奶酪蛋白血管紧张素转化酶(ACE)活性抑制肽,偶然发现了一个IC50值为20.85μ mol L-1有效抑制活性肽段(P1),此肽包含一个单一序列Lys-Val-Leu-Ile-Leu-Ala,这是一种新的具有降血压作用的活性肽。

4 as1-酪蛋白的应用前景展望

目前我国已经成为世界上最大的乳品净进口国,这意味着牛奶的消费量将且必将进一步的增大,牛奶的产量和质量在各领域专家和工作者的共同努力下将进一步的增加和提高。因此,利用奶牛as1-酪蛋白基因和牛奶中as1-酪蛋白的活性肽来提高动物和人的免疫力,改善动物健康,增加产品产量和饲料营养物质利用率是一种最为经济的资源,这也将成为以后研究的热点和重点。

[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,郑玉才,尹荣焕,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].湖北农业科学,2005,3:15-18.

[3] 张才骏,张海峰,邓生栋,等.青海牛乳中α s1-酪蛋白的电泳研究[J].青海畜牧兽医杂志,2000,30(2):3-6.

[4] 祁 宏,苗永旺.牛as1-酪蛋白基因变异及其与生产性状的关系[J].中国牛业科学,2009,35(4):39-44.

[5] Chianese L,Quarto M,Pizzolong o F,et al.Occurrence of genetic polymorphism at the as1-casein locus in Mediterranean water buffalo milk[J].International Dairy Journal,2009,19:181-189.

[6] lahov E,Regelson W.Antibacterial and immunostimulating casein-derived substance from milk:casecidin,isracidin peptide[J].Fd chem,T oxie,1996,34(1):131-145.

[7] McCann K B,Shiell B J,Michalski W P,et al.Isolation and characterisation of a novel antibacterial peptide from bovine as1-casein[J].International Dairy Journal,2006,16.316-323.

[8] 李勇竞,汪以真.酪蛋白磷酸肽调节动物免疫功能的研究进展[J].动物营养学报,2005,17(3):6-10.

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[10] 孙延春.酪蛋白磷酸肽应用研究进展[J].中国乳品工业,2011,39(2):53-55.

[11] 周根来,杨晓志,高勤学,等.酪蛋白磷酸肽对断奶仔猪生长性能和免疫功能的影响[J].江苏农业科学,2011,1:253-255.

[12] 王永胜,王艳青,马立保,等.酪蛋白磷酸肽(CPPs)对肉仔鸡免疫功能的影响[J].饲料工业,2007,28(11):9-11.

[13] 王艳青,王永胜,马立保.酪蛋白磷酸肽(CPP)对肉仔鸡矿物质代谢的影响[J].中国粮油学报,2008,23(4):179-184.

[14] 许金光,杨智超,刘长江,等.血管紧张素转化酶抑制肽的研究进展[J].食品工业科技,2011,32(5):425-428.

[15] Zhanli W,Saisai ZH,Wei W,et al.A Novel Angiotensin I Converting Enzyme Inhibitory Peptide from the Milk Casein:Virtual Screening and Docking Studies[J].Agricultural Sciences in China,2011,10(3):463-467.