食源性酚酸-葡聚糖缀合物与α-葡萄糖苷酶的互作机制研究

The phenolic acid-polysaccharide conjugates，widely existing in plant foods, can significantly influence food quality and function. For the complexity of food system and natural conjugate structure, the structure-function relationships of these conjugates cannot be clarified by the traditional research strategy based on separation, identification and functional measurement. Our previous study found that these phenolic acid-polysaccharide conjugates possessed the potent α-glucosidase inhibitory activity, which can help us to understand the enzyme inhibition phenomenon of polysaccharides. But the corresponding mechanism has not been clarified. In view of this, the project will apply the molecular restructuring strategy to prepare the conjugates of phenolic acids with dextrans (average molecular weight 500-20000) as model polysaccharides in the non-aqueous media by the enzyme-catalyzed esterification method. The effects of the chemical structures of the obtained conjugates (phenolic type, substitution site, substitution degree, chain length, etc) and environmental factors (temperature, pH, etc) on their interaction behavior with α-glucosidase will be investigated by using the spectral analysis methods. And the interaction modes of the conjugates and α-glucosidase will be proposed by molecular docking and ONIOM (our Own N-layer Integrated Orbital molecular Mechanics) calculation. Based on the above experimental and theoretical results, their interaction mechanism will be summarized. This project can improve our knowledge about the functions of natural phenolic acid-polysaccharide conjugates and their effect on food processing and digestion. It can also enrich the theory about food component interaction and prompt the development of new nutraceuticals.

植源性食品中广泛存在的酚酸-多糖缀合物对食品的品质及功能有重要影响。限于食品体系和天然缀合物结构的复杂性，传统的“分离纯化-结构鉴定-功能分析”策略难以揭示该缀合物的结构-功能关系。项目前期研究发现该缀合物具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制功能，与植物多糖的酶抑制现象密切相关，但其机制尚不明晰。鉴于此，项目拟利用分子重组策略，以葡聚糖(平均分子量500-20000)为模式多糖，采用非水相酶促酯化法构建其与酚酸的缀合物。利用光、波谱等试验手段考察该衍生物的结构(酚基构型、取代位点、取代度及糖链长度等)及环境因素(温度、pH等)介导其与酵母α-葡萄糖苷酶互作行为的规律。结合分子对接和ONIOM量化计算，研究其与酶的作用模式。在试验和计算基础上阐明二者互作机制。项目的实施对于理解天然酚酸-多糖缀合物的功能及其对食品加工与消化的影响，丰富现有的食品组分互作理论，促进新型的食品功能因子开发具有重要的意义。

植源性食品中广泛存在的多酚-多糖缀合物对食品的品质及功能有重要影响。限于食品体系和天然缀合物结构的复杂性，传统的“分离纯化-结构鉴定-功能分析”策略难以揭示该缀合物的结构-功能关系。项目前期研究发现该缀合物具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制功能，与植物多糖的酶抑制现象密切相关，但其机制尚不明晰。鉴于此，项目在系统研究食源性酚酸、类黄酮等多酚抑制酵母α-葡萄糖苷酶作用的基础上，利用分子重组策略，制备了水溶性较好的没食子酸-葡聚糖缀合物和二氢杨梅素-果胶缀合物，利用光、波谱等试验手段考察了该衍生物的结构与其α-葡萄糖苷酶抑制活性的关联。结合分子对接和ONIOM量化计算等分子模拟手段，揭示了相关互作模式与机制。实验结果表明，酚酸和类黄酮均能以剂量依赖性方式抑制α-葡萄糖苷酶，其分子结构（如酚羟基数目、位置及取代与否）对酶抑制效果有重要影响。分子对接和独立梯度模型等分子模拟分析表明分子结构所致活性差异源于其在酶活性中心的取向不同，导致结合强度差异，进而影响了抑制效果。多酚-多糖缀合物亦具有α-葡萄糖苷酶抑制活性，并且其抑制活性取决于总酚含量和缀合物分子量。多酚接枝量较低且缀合物分子量较小时，缀合物通过竞争性和非竞争性混合的方式抑制α-葡萄糖苷酶，其抑制效果低于多酚单体，但当多酚接枝量较高且缀合物分子量较大时，该缀合物能以非竞争和反竞争相混合的方式发挥酶抑制作用。分子模拟分析表明糖环上的酚基使糖链具有疏水性，使其以疏水作用为驱动力靠近酶蛋白的疏水口袋，酚羟基继而与酶疏水口袋或其周边的极性基团以氢键进行配-受体结合，导致酶活降低，当缀合物构型适宜时，会进一步诱使酶蛋白聚集，加剧酶活丧失，导致酶抑制活性显著高于多酚单体。项目所获得的成果有助于理解天然多酚-多糖缀合物的功能及其对食品加工与消化的影响，对丰富现有的食品组分互作理论，促进新型的食品功能因子开发具有重要的意义。