马齿苋提取物与猪肉肌原纤维蛋白相互作用机制：光谱学与分子对接的深度解析

《Food Chemistry: X》：Mechanism of interaction between Portulaca oleracea L. extract and pork myofibrillar protein: Insights from spectroscopic and molecular docking analyses

本研究针对肉制品加工中蛋白质氧化导致的品质劣变问题，通过光谱学和分子对接技术，深入探讨了马齿苋提取物(POE)与猪肉肌原纤维蛋白(MPs)的相互作用机制。研究发现POE通过增强疏水相互作用和氢键等非共价力与MPs自发形成稳定的复合物，有效抑制蛋白氧化，为开发天然抗氧化剂改善肉制品品质提供了重要的理论依据。

　　

在当今的食品工业中，肉制品作为人类膳食蛋白质的重要来源，其品质保持一直是个挑战。肌肉中的肌原纤维蛋白(Myofibrillar Proteins, MPs)约占肌肉总蛋白的50%–60%，它们决定着肉制品的关键技术特性，如持水性、凝胶性和乳化性。然而，在加工和贮藏过程中，蛋白质容易发生氧化和降解，导致其功能性质下降，最终影响产品品质。为了应对这一问题，天然抗氧化剂因其安全性和健康益处而受到越来越多的关注。在众多天然植物资源中，马齿苋(Portulaca oleracea L.)是一种分布广泛的可食用植物，其提取物富含多种活性成分，包括黄酮类多酚、生物碱和多糖，展现出显著的抗氧化和抗炎活性，在调节蛋白质氧化和结构方面具有巨大潜力。

尽管前期研究已证实马齿苋提取物(Portulaca oleracea L. extract, POE)能够抑制肌肉蛋白的氧化，但其与肌原纤维蛋白相互作用的精确分子机制尚不清楚。为了填补这一知识空白，发表在《Food Chemistry: X》上的这项研究，综合运用了分子间作用力测定、荧光光谱技术和分子对接等方法，深入揭示了POE与猪肉MPs之间的相互作用机制。

研究人员开展本研究主要应用了几个关键技术方法。他们首先从猪背最长肌中提取了肌原纤维蛋白(MPs)，并制备了含有不同浓度POE的MPs分散体系。通过化学试剂法测定了POE对MPs分子间作用力（包括离子键、氢键、疏水相互作用和二硫键）的影响。利用荧光光谱法，在三个不同温度（299.15 K, 304.15 K, 309.15 K）下研究了POE对MPs内源荧光的猝灭效应，并通过Stern-Volmer方程和双对数方程分析了猝灭机制、结合常数(K_a)、结合位点数(n)以及热力学参数（ΔG, ΔH, ΔS）。此外，通过同源建模构建了猪肌球蛋白的三维结构，并利用分子对接技术模拟了POE中9种主要化合物与肌球蛋白的相互作用，分析了结合能、作用力类型和关键氨基酸残基。

3.1. 分子间作用力分析

研究结果显示，添加POE后，MPs分子间的氢键和疏水相互作用显著增加(P < 0.05)，而离子键含量显著降低(P < 0.05)，对二硫键含量则无显著影响。在MPs的非共价作用力中，疏水相互作用是主导力量，其次是氢键。这表明POE的加入改变了MPs的分子间作用力格局，增强了蛋白分子的疏水作用和氢键网络。

3.2. 荧光猝灭机制

荧光光谱分析表明，POE能有效猝灭MPs的内源荧光，且猝灭常数K_q远大于动态猝灭的最大常数(2.0 × 10¹⁰L/mol·s)，证实其为静态猝灭机制，即POE与MPs形成了稳定的复合物。结合常数K_a随着温度升高而增大，表明结合反应是吸热的，形成的复合物具有高稳定性。结合位点数n接近1，表明POE与MPs以1:1的摩尔比结合。热力学参数显示ΔG < 0, ΔH > 0, ΔS > 0，说明POE与MPs的结合是一个自发过程，且疏水相互作用是主要的驱动力。

3.3. 肌球蛋白的结构预测和模型评估

研究人员通过同源建模成功构建了猪肌球蛋白的三维结构模型。模型评估显示，92.1%的氨基酸残基位于拉曼图的最优区域，ERRAT得分为96.533，表明该模型质量高，适用于后续的分子对接研究。

3.4. 分子对接分析

对POE中含量最高的9种化合物（木犀草素、山奈酚、染料木素、芦丁、香叶木素、桑色素、山奈酚-3-O-芸香糖苷、异槲皮苷、异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷）与肌球蛋白进行分子对接。结果显示，所有化合物与肌球蛋白的结合能均为负值，表明相互作用是自发的。结合模式分析揭示，疏水相互作用和氢键是主要的相互作用力。特别值得注意的是，木犀草素、山奈酚、染料木素、香叶木素和桑色素这五种黄酮类化合物均与肌球蛋白的Leu270氨基酸残基发生了相互作用，提示Leu270可能是POE与MPs相互作用的关键位点。研究还发现，相较于糖苷形式的化合物（如芦丁、山奈酚-3-O-芸香糖苷），其苷元形式（如山奈酚、木犀草素）由于分子更小、疏水性更强、空间位阻更小，能够更深入地嵌入肌球蛋白的疏水口袋，形成更强的结合。

本研究系统阐明了马齿苋提取物(POE)与猪肉肌原纤维蛋白(MPs)的分子相互作用机制。结果表明，POE主要通过疏水相互作用和氢键与MPs自发形成稳定的1:1复合物，该过程符合静态猝灭机制。分子对接进一步证实了疏水相互作用的主导地位，并识别出Leu270可能是一个关键的结合残基。这些发现从分子层面揭示了植物多酚调控蛋白质氧化的途径，为利用马齿苋提取物这类天然抗氧化剂抑制肉制品蛋白氧化、改善产品品质和延长货架期提供了坚实的理论依据和新的策略。该研究不仅增进了对植物多酚-蛋白质相互作用的理解，也为开发清洁标签的高品质肉制品奠定了重要的科学基础。