甘露蛋白与原花青素相互作用的分子机制

《Food Chemistry》：Molecular mechanism of interaction between mannoprotein and proanthocyanidin

葡萄球菌蛋白（MP）与原花青素（PA）的相互作用机制研究，发现MP显著降低PA的UV降解率（提升22%），改变MP颜色及抗氧化活性，通过荧光光谱和分子对接揭示PA诱导MP结构变化（β折叠→分子内β结构），并鉴定关键结合残基（ASP-245等），为提高 mulberry 产物稳定性提供理论依据。

　　

张卫东|孙建霞|孔佳|尹翔|黄顺新|谢建华

中国南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，南昌330047

摘要

本研究探讨了甘露蛋白（MP）与原花青素（PA）之间的相互作用，以增强桑汁和葡萄酒的稳定性。添加甘露蛋白显著减少了紫外线引起的PA降解，改变了甘露蛋白的表观颜色，并将其抗氧化活性提高了约22%。甘露蛋白的ζ电位从-3.97 ± 0.46降至-21.8 ± 0.53，而粒径从174.77 ± 4.39增加到367.20 ± 2.05。荧光光谱和二级结构分析显示，PA导致甘露蛋白发生了结构变化，包括最大吸收峰从317 nm转移到326 nm，以及反平行β-折叠结构转变为分子内β-折叠结构。分子对接确定了关键结合残基（ASP-245、THR-233、SER-235、LYS-247、ASN-256、TYR-293），其结合亲和力为-7.06 kcal/mol。这些发现阐明了甘露蛋白与PA的结合机制，从而提高了基于桑产品的稳定性和品质。

引言

桑（Morus属）是一种富含营养的水果，被广泛加工成各种产品，包括果汁和发酵饮料。其商业吸引力主要源于其中高浓度的多酚，尤其是花青素，这些成分赋予了产品强烈的颜色和显著的抗氧化效果（Zhang等人，2022；Kim & Lee，2020）。然而，桑材料中也含有大量的缩合多酚，如原花青素（PA），这些成分显著影响了加工和储存过程中生物活性化合物的感官特性和稳定性。在发酵桑饮料中，多酚与大分子之间的相互作用是决定产品质量和营养价值的关键因素（Lu等人，2025）。

酵母来源的甘露蛋白（MP）是从Saccharomyces cerevisiae细胞壁中释放出来的糖蛋白。从结构上看，它们由一个蛋白质骨架和共价连接的甘露聚糖组成，甘露聚糖侧链主要通过N-或O-糖苷键连接到带负电的蛋白质结构域（Assun??o Bicca等人，2022；Baek, Rani Ramakrishnan, Kim, & Seo，2024）。加拿大率先提出并批准使用酵母MP作为新型食品添加剂来抑制葡萄酒中的结晶形成，其安全性已得到国际葡萄酒组织（OIV）的全面评估（De Iseppi, Lomolino, Marangon, & Curioni，2020；Wan等人，2021）。目前，MP在酿酒领域得到广泛应用，它们在提高胶体稳定性、改善颜色、调节口感以及增加香气复杂性方面发挥着重要作用。具体而言，MP已被证明可以：（i）防止酒石酸结晶和蛋白质浑浊；（ii）减轻涩味；（iii）与多酚色素相互作用，增强其在光照和热等压力条件下的稳定性（Caridi，2006；Rinaldi, Gonzalez, Moio, & Gambuti，2021；Wang等人，2021）。

最近关于桑酒系统的研究表明，与MP的复合显著增强了桑花青素的光热稳定性，并有助于其在模拟胃肠道消化过程中更有效地被输送到肠道（He等人，2024）。这种保护作用主要归因于花青素与MP中特定残基（如苏氨酸、异亮氨酸和精氨酸）的相互作用。通过非共价相互作用，包括氢键、疏水相互作用和范德华力，花青素可以被封装在蛋白质基质的疏水空腔内，从而减轻光照、热和消化条件引起的降解（Liang等人，2023）。目前，大多数研究集中在MP与单体或简单糖苷（如花青素和儿茶素单体）之间的相互作用上。然而，作为桑中典型的缩合多酚，PA在聚合度、分子构象和酚羟基的多价性方面与单体花青素有显著差异（Aron & Kennedy，2008），因此其与MP的相互作用机制可能与单体模型不同，但PA与MP之间的相互作用仍不够深入研究。

基于上述问题，本研究从三个角度探讨了PA与MP之间的相互作用：（i）MP对PA结构的影响；（ii）PA对MP多维结构的影响，包括微观形态以及二级和三级构象；（iii）识别和表征参与PA-MP复合的结合位点和相互作用力。本工作旨在填补目前关于PA-MP相互作用的知识空白，并为开发高质量、稳定的桑汁/葡萄酒提供科学依据。

材料与试剂

原花青素（PA，纯度>95%，分子量：594.52，DP = 2）购自Aladdin（中国上海）。甘露蛋白由Laffort（法国波尔多）提供。溴化钾（KBr）购自Aladdin（中国上海）。总抗氧化能力测定试剂盒（ABTS方法，S0121）购自Beyotime（中国上海）。实验过程中使用蒸馏水，所有其他化学品均为分析级。

MP在热处理和紫外线处理条件下对PA结构的影响

MP和PA完全溶解后...

MP对PA结构的影响

测定了MP和PA的最大特征吸收峰。如图1A和B所示，两种化合物的主要吸收峰均位于约280 nm处，这主要归因于MP中的芳香氨基酸和PA中的苯环结构（Chen等人，2021）。与未经处理的PA相比，MP-PA系统的最大吸收峰（A_max）在热处理过程中有所增加。这种现象可能是由于形成了蛋白质-多酚复合物...

结论

本研究揭示了MP与PA之间的相互作用机制。对于原花青素而言，MP对其具有显著的保护作用，提高了其抵抗紫外线降解的能力。相反，PA的加入增加了MP的粒径，降低了ζ电位，赋予MP更强的抗氧化活性，并改变了其微观结构。这主要是因为PA通过静态猝灭机制降低了MP的疏水性。此外，PA的自由羟基在分子内部形成了...

CRediT作者贡献声明

张卫东：撰写——原始草稿、方法论、概念化。孙建霞：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、概念化。孔佳：撰写——审稿与编辑。尹翔：撰写——审稿与编辑。黄顺新：撰写——审稿与编辑。谢建华：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了南昌大学食品科学与资源国家重点实验室开放项目计划（SKLF-KF-202417）的财政支持。