بخشی از مقاله
بررسی پپتیدهای بایواکتیو در غذا
چکیده
مواد سنتزی و شیمیایی مختلفی به منظور جلوگیری از حضور یا از بین بردن مولّدین بیماری، در غذاهای صنعتی استفاده میشود. اما در اکثر موارد این مواد خود موجب بروز بیماریهای دیگر می شود. بنابراین امروزه تمایل به مصرف مواد غذایی طبیعی که علاوه بر ارزش تغذیهای می توانند مانع بروز بیماری شوند، افزایش یافته است. بایوپپتیدها از جمله این مواد غذایی طبیعی هستند که به صورت قطعاتی غیر فعال در پروتئینها وجود دارند و پس از هیدرولیز یک سری خواص فیزیولوژیکی نشان دهند. روشهای مختلفی برای آزادسازی بایوپپتیدها یا تولید آنها از ترکیبات ساده وجود دارد. برای آزاد سازی بایوپپتید از هیدرولیز آنزیمی یا تخمیر میکروبی استفاده می شود. همچنین برای تولید بایوپپتید از روش سنتز آنزیمی، مهندسی ژنتیک و روش شیمیایی استفاده می شود.
با توجه به بررسیهای صورت گرفته بایوپپتیدها دارای خواصی از جمله تنظیم فشار خون، سیستم ایمنی، گوارشی، عصبی و عروقی و آنتی اکسیدانی میباشند.
کلمات کلیدی
بایوپپتید، هیدرولیز آنزیمی، ایزوله پروتئین، آنتی اکسیدان، استرس اکسیداتیو
1
.1 مقدمه
بایوپپتیدها ترکیباتی هستند که به صورت قطعاتی غیر فعال در پروتئینها وجود دارند و پس از هیدرولیز میتوانند یک سری خواص فیزیولوژیکی وابسته به وزن قطعه پپتیدی و ترکیب آمینواسیدی از خود نشان دهند. طول این قطعات معمولاً بین 2 تا 12 آمینواسید و وزن آنها کمتر از 6 کیلو دالتون میباشد.[4] پپتیدهای زیادی از منابع گیاهی و حیوانی منشا می گیرد که خاصیت بایواکتیو بودن آنها به اثبات رسیده است. معمولا این پپتیدها از محصولات شیری ایزوله می شوند. بطور کلی پروتئین-های حاوی این فعالیت بیولوژیکی پنهان، در شیر، تخم مرغ، گوشت و ماهی و منابع گیاهی مثل سویا و گندم وجود دارند.[3]
بایوپپتیدها خواص مختلفی از جمله: تنظیم فشار خون، تنظیم سیستم ایمنی، سیستم گوارشی، سیستم عصبی، غدد مترشحه داخلی، سیستم عروقی و همچنین اثر آنتی اکسیدانی (خنثی سازی رادیکال های آزاد، چگالی کننده فلزات، جلوگیری از اکسیدسیون چربیها و ...)، آنتی میکروبیال، کاهنده کلسترول، کاهش فعالیت آنزیم الاستاز (کمک به الاستیک ماندن پوست و جلوگیری از ظهور پیری) درمان دیابت و افزایش زیست دسترسی مواد معدنی و ... از خود نشان می دهند.[3]
.2 تولید پپتیدها
روشهای زیادی برای آزادسازی بایوپپتیدها از پروتئین و یا تولید آنها از ترکیبات ساده وجود دارد که در شکل1 مشاهده می کنید. برای آزادسازی پپتید از ساختار پروتئین، هیدرولیز آنزیمی و میکروبی رایجترین روش می باشد. هیدرولیز آنزیمی به دو روش مداوم و غیرمداوم صورت می گیرد.[6]
شکل(:(1 روش های تولید و آزادسازی بایوپپتیدها[6]
قابل توجه است که روش انتخابی برای سنتز پپتید وابسته به طول و مقدار پپتید مورد نظر بستگی دارد.سنتز شیمیایی که از اسیدآمینههای آزاد شروع می شود، به طور معمول در مقادیر آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد.[6]
.3 تاثیرات هیدرولیز آنزیمی پروتئین
بطور کلی هیدرولیز آنزیمی موجب افزایش ویژگیهای عملگرا (مثل ویژگیهای امولسیفایری پروتئین هیدرولیز شده) و ویژگی تغذیهای پروتئین می شود. وقتی پروتئین هیدرولیز ناقص می شود، ساختار آن باز شده، گروه R اسیدآمینه های بیشتری در معرض قرار گرفته و گروه آمین و کربوکسیل آزاد بیشتر می شود (انحلال پذیری پروتئین زیاد می شود ولی باتوجه به وزن مولکولی پپتید حاصله و ترکیب پروتئین اولیه، آبگریزی پپتید حاصله می تواند کاهش یا افزایش یابد) و این عوامل موجب افزایش خاصیت آنتی اکسیدانی می شود. بعلاوه هیدرولیز آنزیمی موجب کاهش خاصیت آلرژیزا بودن غذا می شود. بسیاری از مواد آلرژیزای موجود در غذاها و گردهها، پروتئینی می باشد. طی هیدرولیز پروتئین، پروتئین شکسته میشود و پپتیدهایی با وزن مولکولی پایینتر حاصل می شود. بنابراین خاصیت آلرژیک پروتئین نیز کاهش می یابد. اما طی مطالعاتی مشخص شده برخی از پپتیدهای حاصله از هیدرولیز آنزیمی، می توانند خاصیت آلرژیزایی پروتئین اولیه را حفظ کند.[4]
.4 کاربرد در غذا
قبل از کشف پپتیدهای بایواکتیو، این ترکیبات در غذاهای سنتی وجود داشتند. بسیاری از این ترکیبات طی تخمیر شیر و رسیدگی پنیر از پروتئینها آزاد می شوند. بسیاری دیگر توسط واکنشهای آنزیمی بر روی پروتئینها در روده بعد از بلع غذا بوجود میآیند.[4]
2
بعد از کشف پپتید های بایواکتیو این ترکیبات به صورت خالص در بازار وجود دارند که یا در تولید غذاهای عملگرا مورد استفاده قرار می گیرند یا به مصرف دارویی می رسند. در جدول1 تعدادی از غذاها با ادعای حمل کننده پپتیدهای بایواکتیو مشاهده میشود.[5]
جدول(:(1 نمونه های غذاهای عملگرای حامل پپتیدهای بایواکتیو[3]
.5 انواع بایوپپتیدها
پپتیدها با توجه به نقش بایواکتیوی که از خود نشان می دهند به گروه های زیر تقسیم می شود.
.1 .5 پپتیدهای پیوند دهنده با مواد معدنی
کازئین شیر، یون های کلسیم و فسفات را پایدار می کند. تجزیه تریپتیک پروتئین کازئین موجب تولید کازئینو فسفوپپتیدها از پایانه قطبی آمینی می شود که دارای باقیماندههای سریل فسفریله شده می باشد. این دسته های فسفوسریل فرض می شود که مسئول ایجاد میان واکنش بین کازئین و کلسیم فسفات باشد و بدین صورت موجب شکل گرفتن میسلهای کازئین می شود. CPPS توانایی کل کازئین برای پایدار کردن یون های کلسیم و فسفات را در طی تولید ترکیبات پیچیده حفظ می کند و بنابراین زیست دسترسی آنها افزایش می یابد. چابانس1 و همکارانش نشان دادند که کازئینهای کوچک در معده و دوازدهه انسان موجب تجزیه بهتر شیر می شود.[3]
.2 .5 پپتیدهای ضد میکروب
پپتیدهای ضد میکروبی از هیدرولیزهای پروتئینی مختلفی به ویژه هیدرولیز پروتئین شیر استخراج می شود.
بیشترین مطالعات در مورد لاکتوفریسین ها می باشد که از لاکتوفرین انسان و گاو مشتق می شود. بعلاوه تعداد کمی پپتید ضد - میکروبی هم از کازئین s1 و s2 شناسایی شده است. پپتیدهای ضد میکروبی علیه باکتری های مختلف گرم منفی و مثبت، مخمر و قارچ فعالیت می کند.[3]
.3 .5 پپتیدهای کاهنده کلسترول
این ویژگی در مورد پپتیدهای مشتق شده از کازئین و پروتئین سویا گزارش شده است.به طور مثال همانطور که در شکل مشاهده می کنید پروتئین هیدرولیز شدهی سویا مانع از جذب کلسترول غذایی می شود و علاوه بر کاهش حلالیت کلسترول،
3
موجب دفع مدفوعی کلسترول به شکل اسیدهای صفراوی می شود.[9]
در شکل2 مکانیسم اثر پروتئین سویا را بر کاهش کلسترل مشاهده می کنید.
شکل(:(2 اثر پروتئین سویا بر کاهش کلسترول[9]
.4 .5 پپتید های مهارکنندهی الاستاز
الاستین یک پروتئین ساختاری ست که در بافتهای الاستیک مثل تاندوم، سرخرگ و پوست یافت می شود. هرگاه بیان الاستاز به هر دلیلی من جمله در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار گرفتن و یا پیر شدن، صورت گیرد، الاستین دناتوره یا تجزیه می شود و در نتیجه حالت ارتجاعی پوست کاهش می یابد و در نتیجه حالت ارتجاعی پوست کاهش می یابد. اگر الاستاز توسط پپتیدهای بایواکتیو مهار شود، الاستین در پوست حفظ می شود و بدین صورت از چین و چروک خوردن پوست، پیری و رویش مو جلوگیری می شود.[8]
.5 .5 پپتیدهای درمان کننده دیابت نوع2
مطالعاتی روی پروتئین هیدرولیز شده شیر صورت گرفت و مشاهده شد، پروتئین هیدرولیز شده شیر موجب تحریک آزادسازی گلوکاگون شبه پپتید 11 از سلول های روده کور می شود. Glp1 به مغز رفته و با اتصال به گیرنده های مغز موجب تحریک بیان ژن پروانسولین و ایجاد حس سیری می شود.[1]
.6 .5 پپتیدهای دارای خاصیت آنتی اکسیدانی
.1 .6 .5 استرس اکسیداتیو
رادیکالهای آزاد در طی واکنشهای عادی بدن در طی تنفس ارکانیسمهای هوازی به وجود می آید (به ویژه در مهره-داران و انسان). علاوه بر رادیکالهای آزادی که در طی واکنشهای فیزیولوژیک بدن تولید میشوند، این رادیکالها از مسیرهای دیگری مثل هوای آلوده، دخانیات، روغنهای فرایند شده و همچنین پرتوهای ماوراء بنفش وارد بدن میشوند.[4]
اکسیداسیون چربیها و روغنها طی فرایند و نگهداری محصولات غذایی موجب کاهش کیفیت محتوای لیپیدی و کاهش ارزش غذایی آن محصولات می شود. مصرف چنین محصولاتی ریسک ابتلا به بسیاری از بیماریها را افزایش می دهد. رادیکال-های آزادی که به طور فیزیولوژیکی در بدن به وجود می آیند، عملکردهای مختلفی از خود نشان می دهند. مثل نقشهای سیگنالی و ایجاد دفاع علیه عفونتها. به هر حال حضور هر مقدار بیش از حدی از رادیکالهای فعال، موجب آسیب سلولی می شود و نهایتا موجب بروز بیماریهایی از جمله تصلب شریان، التهاب مفاصل، دیابت، سرطان و پیری می شود. به طور کلی گونه-های فعال می توانند موجب آسیب در پروتئین، جهش در ماده ژنتیکی، اکسیداسیون فسفولیپیدهای غشایی و تغییر در LDL شود.[4]
تحت شرایط نرمال و عادی، سیستمهای دفاعی آنتی اکسیدانی توسط روشهای آنزیمی و یا آنتی اکسیدانهای غیرآنزیمی (مثل ویتامینهای آنتی اکسیدانی، کوآنزیمها و کوفاکتورها) می توانند گونههای فعال را حذف کنند. اگرچه در شرایط ویژه سیستم دفاعی آندوژنز در دفاع بدن علیه رادیکالهای فعال شکست می خورند. این در استرس اکسیداتیو موجب به وجود آمدن شرایطی می شود که در آن تولید مولکولهای بسیار فعال مثل اکسیژن فعال و نیتروژن فعال تسهیل میشود. مطالب بیان شده، نشان دهنده نیاز بدن به آنتیاکسیدانهای طبیعی و سنتزی برای جلوگیری از استرسهای اکسیداتیو و تاثیرات زیان آور آن، می باشد. در مواقعی که بدن در دفع همه این مواد ناتوان شود به استفاده از آنتیاکسیدانهای سنتتیک رو میآوریم که این مواد نیز میتوانند سمی و یا مخاطرهآمیز باشند. در این زمینه آنتیاکسیدانهای طبیعی با منشاء غذایی میتوانند اثر جانبی کمتری داشته باشند. البته آنتیاکسیدانهای سنتزی از آنتیاکسیدانهای طبیعی تاثیر بیشتری دارند.با این حال از آنتیاکسیدان-های طبیعی در دوزهای بالا میتوان استفاده کرد. بایوپپتیدها با وجود ساختار سادهتر نسبت به آنتیاکسیدانهای آنزیمی، نسبت
4
به شرایط نامساعد مقاومترند. همچنین علاوه بر خاصیت آنتیاکسیدانی خواص عملکردی نظیر کف کنندهگی و یا امولسیفایری نیز دارند.[4]
.2 .6 .5 تولید پپتیدهای آنتی اکسیدانی از پروتئینهای غذایی
پپتیدهای مختلفی با خاصیت آنتی اکسیدانی از هیدرولیز پروتئین ها بدست آمده است و فعالیت بیولوژیکی آنها از زمانی که اولین بار توسط مارکوس1 گزارش شد، بطور گستردهای مورد مطالعه قرار گرفت. پپتیدهای آنتیاکسیدانی شامل 5 الی 16 باقیماندهی اسیدآمینهای می باشد. این پپتیدها باید ترکیباتی بیخطر، سالم و همراه با وزن مولکولی پایین، قیمت کم، فعالیت بالا و جذب آسان باشد.[4]
.3 .6 .5 مکانیسم عملکرد پپتیدهای آنتی اکسیدانی
مکانیسم پایهای برای نحوه عملکرد و فعالیت آنتیاکسیدانی پپتیدها شناخته نشده است. ولی با این حال مطالعات مختلفی نشان دهنده خواص پیشگیری کننده از اکسیداسیون لیپیدها، از بین برنده رادیکالها و همچنین شلاته کننده فلزات برای پپتیدها میباشد.[4]
.4 .6 .5 عوامل موثر بر خاصیت آنتی اکسیدانی بایوپپتیدها
خواص آنتیاکسیدانی پپتیدها به ترکیب، ساختار و آبگریزی آن وابسته است. Tyr، Trp ، Met، Lys، Cys، و His نمونهای از آمینواسیدهایی هستند که خاصیت آنتیاکسیدانی دارند. آمینواسیدهایی که زنجیره آروماتیک دارند میتوانند به رادیکالهایی که نقص الکترونی دارند، پروتون اهدا کنند. پیشنهاد شده است که فعالیت آنتیاکسیدانی پپتیدهای حاوی هیستیدین در ارتباط با خاصیت اهدا کنندهگی هیدروژن، به دام اندازی رادیکال پراکسی چربیها، و یا توانایی شلاته کنندهگی فلزات توسط گروه ایمیدازول میباشد. از طرف دیگر، گروه SH توانایی خاصی در واکنش مستقیم با رادیکالها دارد.[4]
علاوه بر حضور آمینواسیدهای مناسب، قرار گرفتن در جایگاه مناسب در پپتید هم نقش مهمی در در فعالیت آنتی-اکسیدانی پپتید دارد. 28 Chen H.Met ,al پپتید را بر اساس ساختار یک پپتید با فعالیت آنتیاکسیدانی در پروتئین سویای هضم شده (Leu-Leu-Pro-His-His) طراحی کرد و نتیجه گرفت فعالیت آنتیاکسیدانی این پپتید به گروه His-His در ساختار بستگی دارد و با جدا کردن یک His از پایانه C فعالیت آنتیاکسیدانی را کاهش میدهد. بر طبق یک مطالعه مشابه Pro-His-His بیشترین فعالیت آنتیاکسیدانی را در بین پپتیدهای مورد آزمایش نشان میدهد. جدول2 اطلاعاتی را بر حسب ترکیب آمینواسیدی و جایگاه مناسب آنها در قطعه پپتیدی نشان میدهد.[4]
جدول(:(2 ترکیب آمینو اسیدی و جایگاه مناسب آنها در قطعه پپتیدی[4]
