EP肽段诱导大豆铁蛋白降解机理及其生物学功能研究

Soybean seed ferritin (SSF) is now regarded as the most promising iron supplement in the 21st century. However, our recent studies indicate that SSF is unstable and protein degradation occurs during storage. This might have a negative effect on its application as iron supplement, so it is crucial to elucidate the reason for such phenomenon. Different from plant ferritin, no protein degradation was observed with animal ferritins under identical conditions, suggesting that SSF degradation might be due to the extension peptide (EP) which only occurrs in plant protein, and represents the major difference in structure between plant and animal ferritins. Indeed, our recent experimental results have shown that the EP is involved in SSF degradation. Consistent with this conclusion, no protein degradation takes place in EP-deleted SSF. To date, the mechanism of EP-involved SSF degradation is unclear. Therefore, this project mainly focuses on elucidating the mechanism of SSF degradation by EP, and finding a solution of preventing such degradation. In the meanwhile, we will also pay attention to other unknown biological functions of the EP. For example, how does the EP affect the biological activity of iron supplement of SSF? All these studies are not only benefical to exploration of SSF as iron supplement, but also reinforce and extend our understanding of the structure and function of ferritin.

大豆铁蛋白被认为是21世纪最具开发前景的天然补铁功能因子。然而，我们的前期研究表明：大豆铁蛋白不稳定，在贮藏期间会发生降解,直接影响到其补铁生物活性，给铁蛋白功能食品的开发带来困难。本课题组最近研究发现，大豆铁蛋白的降解不是由外界因素所造成的，而是由位于蛋白表面的EP肽段所调控的，EP肽段位于亚基的N端，是植物铁蛋白所特有的，但其生物学功能不清楚。同我们的发现相一致，动物铁蛋白缺乏EP肽段，蛋白很稳定。因此，本研究将以大豆铁蛋白的降解为线索，以EP肽段为突破口，阐明EP肽段诱导大豆铁蛋白发生自降解的机理，提出抑制大豆铁蛋白降解的方法。同时，揭示EP肽段的其它生物学功能,特别是EP肽段对大豆铁蛋白补铁活性的影响。研究成果不仅可以为开发以大豆铁蛋白为功能因子的补铁食品提供理论支撑，而且也可丰富并拓展植物铁蛋白的基础理论研究。

大豆铁蛋白被认为是21世纪最具开发前景的天然补铁功能因子。然而，我们的前期研究表明：大豆铁蛋白不稳定，在贮藏期间会发生降解,直接影响到其补铁生物活性，给铁蛋白功能食品的开发带来困难。本课题紧紧围绕该项目的主题 “EP肽段诱导大豆铁蛋白降解机理及其生物学功能研究”进行，到目前为止执行四年，基金全部到位，课题圆满完成，取得了预期的结果。研究基本按照原来设计内容进行，发表SCI 期刊收录文章11篇，论文单篇最高影响因子13.334，参加国际会议三次，培养研究生9人次。在本基金的资助下我们阐明了EP肽段诱导大豆铁蛋白发生自降解的机理，提出抑制大豆铁蛋白降解的方法。在本项目的资助下，我们分离纯化出了新的单亚基铁蛋白-红小豆铁蛋白(ASF)，并发现红小豆铁蛋白特别稳定，而大豆铁蛋白rH-1很不稳定，为了阐明其中的原因，我们对rH-1大豆铁蛋白进行了蛋白质定点突变研究，将rH-1的EP肽段上68位的丝氨酸突变为谷氨酸，发现其表现出和红小豆铁蛋白（ASF）一样的稳定性，表明Ser68是导致大豆及其它植物铁蛋白降解的直接原因，并发现EP肽段具有弱丝氨酸蛋白酶的活性，通过添加丝氨酸蛋白酶抑制剂PMSF可以完全抑制其降解。为了阐明EP肽段的生物学功能，我们进行了不同类单亚基植物铁蛋白的铁吸收及稳定性研究，发现EP肽段在大豆铁蛋白在铁氧化沉淀和还原释放过程中对淀粉体颗粒的降解发挥着不同的作用；我们进一步的研究表明植物铁蛋白表面的EP肽段对铁氧化沉淀过非常关键，它是铁蛋白催化二价铁氧化的第二个亚铁氧化还原中心，其在高铁通量时发挥重要的催化作用，这是植物铁蛋白特有的催化机制。这些研究成果不仅阐明了EP肽段诱导大豆铁蛋白降解机理及生物学功能，也为更好地开发大豆铁蛋白为功能因子的补铁食品提供了理论支撑。