天然富硒大豆中硒-蛋白结合机制及其结构稳定性研究

Selenium has been reported it exist as selenoproteins or selenium-containing protein in living organisms, with a variety of biological effects, and is closely related to human health. As a typical dual-function element, selenium speciation information is essential. It is well-known that in plants, the inherent complexity of the plant as well as environmental varied, and the extraction way for selenoproteins was single, so Selenium speciation of selenoproteins in plant and its distribution is not clear. The key theoretical issues on selenium and protein binding mechanisms and processing environmental effect on its stability of selenium speciation are very important. The ability of soybean plant to produce high protein levels, and to accumulate reasonable amounts of selenium, suggest that this may be a model plant to look for selenoproteins. However, selenoprotein speciation studies in natural selenium-enriched soybean has not been reported so far. Based on Our preliminary experiment, the goal of this study was to determine different components of soy protein binding with selenium, molecular weight, molecular structure, amino acid composition, selenium content and chemical speciation,and so on,to clarify the binding mechanism of selenium and protein; Through simulation pH, high temperature and reactive oxygen environment, to assess the selenoprotein structure, chemical groups, surface characteristics, and selenium speciation changes, and to reveal the impact of selenium-protein structural stability in different environments. This study is not only able to promote the development of the theory of selenoproteins exist in plants, and will also provide a theoretical basis and guidance for natural selenium-enriched agricultural development of health food.

硒在生物体中主要以硒蛋白和硒结合蛋白形式存在，具有多种生物学效应，与人类健康息息相关。作为一个典型的双功能元素，硒形态信息至关重要。研究发现，植物体固有的复杂性以及环境的多变，硒蛋白提取方式的单一，植物体中硒蛋白的存在形态及其分布尚不清楚，明确硒与蛋白的结合机制及加工环境对其稳定性的影响是研究硒结构形态信息的关键理论问题。大豆具有天然富硒的优势，然而天然富硒大豆硒蛋白结构形态的研究至今未见文献报道。本项目在我们阶段性研究结果的基础上，通过系统研究硒结合大豆蛋白的不同组分、分子量、分子结构、氨基酸组成特点、硒含量及其化学形态，阐明硒与蛋白的结合机制；通过模拟加工过程中产生了酸碱、高温及活性氧环境，分析硒蛋白结构、化学基团、表面特性及硒形态的转变，揭示在不同环境中影响硒-蛋白结构稳定性的规律。本研究不仅能够推动关于植物硒蛋白存在理论的发展，还将为天然富硒农产品开发保健食品提供理论依据和指导。

项目背景：硒在生物体中主要以硒蛋白和硒结合蛋白形式存在，具有多种生物学效应，与人类健康息息相关。作为一个典型的双功能元素，硒形态信息至关重要。研究发现，植物体固有的复杂性以及环境的多变，硒蛋白提取方式的单一，植物体中硒蛋白的存在形态及其分布尚不清楚，明确硒与蛋白的结合机制及加工环境对其稳定性的影响是研究硒结构形态信息的关键理论问题。大豆具有天然富硒的优势，然而天然富硒大豆硒蛋白结构形态的研究至今未见文献报道。主要内容：1)以天然富硒大豆蛋白为研究对象，从蛋白的组分、分子量、分子结构、氨基酸组成、硒含量及化学形态等方面系统揭示硒与蛋白的结合机制；2) 模拟ROS加工环境，分析硒蛋白结构、化学基团、表面特性及硒形态的转变，阐明在不同ROS环境中影响硒-蛋白结构稳定性的规律。重要结果及关键数据：富硒大豆硒含量远高于普通大豆硒含量，前者是后者的7.5倍，SSPI、S-7S、S-11S的硒含量分别约是普通大豆相应蛋白的10倍、3倍和11倍，因而表现较强的抗氧化活性；随着AAPH或丙烯醛浓度的增加，SSPI在结构、亚基分布、性质等多项指标方面均优于OSPI，可能与SSPI中含有较高的硒，具有抵抗氧化的能力，因而表现出更强的抗氧化性有关；硒浓度的增加对硒蛋白的氨基酸组成有影响，对7S球蛋白的亚基组成有改变，但对大豆分离蛋白的亚基组成几乎无影响；硫酸铵法是一种有效的沉淀分离富硒 SPI 的初筛方法，60%－SPI的可溶性蛋白含量，硒含量都较高；富硒大豆蛋白中半胱氨酸含量低于普通大豆蛋白，可能是Se可以代替含S的氨基残基中的 S转化为硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸的形式；较普通大豆蛋白，富硒大豆蛋白S-SPI，S-2S 和 S-7S的α-螺旋含量增加，β折叠减少，11S 球蛋白α-螺旋含量下降，β折叠含量增加。原因可能是Se代替了二硫键中的S将C−S−S-C结构转变为C−Se−Se-C，使得二硫键发生改变，从而影响蛋白质的二级结构。科学意义：阐明硒与蛋白的结合机制，为下一步诠释硒蛋白功能机制提供依据，同时为富硒农产品的开发提供理论依据和指导。