魔芋葡甘聚糖对肌原纤维蛋白冷冻保护作用的分子机制研究

Polysaccharides were potential low-sugar and low-calorie cryoprotectants for soft material surimi, and their molecular structures were closely related to the effect of cryopreservation. The scale effect was an important reason for interpreting the mechanism of interaction between polysaccharides and proteins at low temperatures. The results in previous studyconfirmed that a certain molecular weight of konjac glucomannan (KGM) had a good cyroprotective effect on myofibrillar by significantly delaying the increase of hydrophobic interaction.It washypothesized that there were a specific binding between polysaccharides and proteins to stabilize the protein conformation. In this study, mesoscale KGM (mKGM) and myofibrillar were selected as the object of work. The mechanism of interaction between mKGM and myofibrillar was clarified from the point of quantum size effect and surface effect of mKGM. The study of this project not only provided a new idea for the study of polysaccharide-protein interaction, but also provided reference and basis for mesoscopic and multiscale studies of complex phase behavior of soft matter system.

特定多糖是典型软物质鱼糜潜在的低糖低卡里路的冷冻保护剂，其分子结构与冷冻保护效果关系密切，尺度效应则是诠释在低温下多糖-蛋白质之间相互作用保护机制的重要基础。申请者前期研究证实，一定相对分子质量的魔芋葡甘聚糖（KGM）对肌原纤维蛋白具有良好的保护效果，可以显著延缓疏水相互作用的上升，据此推测多糖与蛋白质之间通过特定的方式结合，方可稳定蛋白质构象。本项目以介观尺度下的KGM（mesoscale KGM）和肌原纤维蛋白为研究对象，分析mKGM量子尺寸效应和表面效应，揭示mKGM-肌原纤维蛋白的相互作用，以及复合体的微观结构对宏观性能的影响，通过分子对接模拟验证mKGM-肌原纤维蛋白的相互作用，阐明mKGM的冷冻保护机制。本项目的研究不仅能为多糖-蛋白质的相互作用研究提供了新思路，也将为软物质体系的复杂相行为的介观与多尺度研究提供参考与基础。

本项目以介观尺度下的KGM和肌原纤维蛋白为研究对象，分析KGM酶解产物（EK）量子尺寸效应和表面效应，揭示EK-肌球蛋白的相互作用，以及复合体的微观结构对宏观性能的影响，通过分子对接模拟验证EK-肌球蛋白的相互作用，阐明EK的冷冻保护机制。KGM酶解产物可以保护肌球蛋白表面疏水基团，避免暴露；EK-肌球蛋白之间的相互作用是自发的，主要作用力是氢键和范德华力，EK-肌球蛋白形成的氢键较蛋白质之间的氢键更稳定；EK能改变肌球蛋白构象，提高肌球蛋白的热稳定性，特别是轻酶解肌球蛋白和重酶解肌球蛋白部分。随分子量的下降，EK1（149.03 kDa）与肌球蛋白相互作用的焓变和熵变低于EK2（118.75 kDa）和EK3 （36.48 kDa），QCMD结果表明EK1对肌球蛋白的吸附作用小于EK2和EK3， EK2和EK3吸附肌球蛋白的质量和厚度无显著差异。KGM酶解产物分子链在肌球蛋白二聚体表面形成的空腔中，与肌球蛋白形成多组氢键，稳定肌球蛋白结构，在冷冻过程中可形成空间位阻，抑制肌球蛋白头部的聚集。