蚕 丝 氨 基 酸 的 组 成 与 功 能彭 晓 虹(江西省蚕桑茶叶研究所 330202 )蚕丝由丝素和丝胶构成 ,蚕丝蛋白质是由 18 种 氨基酸组成 。
蚕丝脱胶后的丝素蛋白经酸 、碱或酶 水解后可获得对人体具有营养 、保健 、医药和生理功 能的多肽和氨基酸混合物 。
蚕丝蛋白不同分子量的 降解物对人体有不同的生理功能 ,而作为最基本的 构成单位 - - 氨基酸的功能 ,已越来越为人们所认 识 。
现将蚕丝蛋白氨基酸组成 、特征及对人体的作 用等相关研究作一阐述 。
中除了这几种氨基酸外 ,还含有多量的天门冬氨酸 、 谷氨酸等 ,并且含量的比例也大不相同 ,从而决定了 丝素 、丝胶的不同特征 ,因此可根据应用目的和工艺 需要 ,在两者中选择 ,而制备所需要的纯氨基酸和氨 基酸混合物 。
表 1 氨基酸的结构 、分子量和晶体形态名称化学结构 ( R - )分子量晶体形态 甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸H - CH 3 - ( CH 3 ) 2 CH -( CH ) 2 CHCH 2 - CH 3 CH 2 CH ( CH 3 ) -C 6 H 5 CH 2 -CH 3 SCH 2 CH 2 -7510689109白色单斜晶 斜方晶1 丝素蛋白的结构特性蚕丝作为一种天然蛋白质 ,其中的丝素蛋白是由一条长链和一条短链所构成的亚单位结构 ,长链 主要由甘氨酸 、丙氨酸和丝氨酸等组成 ,分子质量为30～35 万 ,短链含有较多疏松残基的氨基酸 , 分子质量约为 215万 。
丝素蛋白的氨基酸排序片断 Gly . A la . Gly . A la . Gly . Sir 占 丝素 构成 的 70 % , 称为“结 构区 ”,而以酪氨酸为中心 , 天门冬氨酸 、谷 氨酸 等 所组成的序列为易感受反应的活性部位 。
丝素在蚕 体内以浓缩的液态形式存在 ,经吐丝牵引成纤维状 , 具有高度的定向结构 ,当液状丝素受加热 、冷冻 、PH 变化和有机溶剂等处理后 ,均会发生结构和性质的 变化 ,丝素的这种结构特性决定了它所具有的生物 活性 。
蚕丝蛋白氨基酸的名称 、化学结构和分子量 等见表 1所示 。
117115 六方叶片晶 、柱晶 131117无色叶片晶131117 斜方叶片晶 、板晶165119149121叶片晶 、针晶 六方板晶H 2 -色氨酸204123 无色六方叶片晶N H- COOH -脯氨酸115113 柱晶 、针晶N H181119 酪氨酸 HOCH 2 - 丝状针晶SCH 2 -240130 胱氨酸六方板晶 、柱晶 SCG 2 -HOCH 2 - CH 3 CH (OH ) -HOOCCH 2 -HOOCCH 2 CH 2 -2 蚕丝蛋白氨基酸的组成105109 119112 133110147113 丝氨酸 苏氨酸 天门冬氨酸 谷氨酸 六方板晶 、柱晶 斜方晶 无色斜方叶片晶 无色正方板晶 分别将取自绢丝腺和茧丝的丝素 、丝胶试样 ,用6N HC l 溶液 ,在 110 ℃条件下加水分解 48 小时 ,然 后在真空装置中反复浓缩去除 HC l,再用 012N 柠檬 酸钠 ( pH 2120 )稀释配制成 011 %的试液 ,用氨基酸 自动分析仪 ( S H I M AD Z U , LC - 5A , J ap an )测定氨基 酸的组成 。
见表 2。
由表 2可知 ,蚕丝蛋白中的丝素 、丝胶均含有包 括人体必须氨基酸在内的十八种氨基酸 。
丝素以甘 氨酸 、丙氨酸 、丝氨酸和酪氨酸的含量为最多 ,丝胶H 2 -组氨酸 155116叶片晶NNH 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -H 2 NCNHCH 2 CH 2 CH 2 -赖氨酸146119 六方平板晶 、针晶 174120 柱晶 、无水板晶精氨酸N HCC蚕桑茶叶通讯 ·13·2005年第 3期不同而使氨基酸有酸 、碱性区别 。
此外 ,由于形成氢3 丝蛋白氨基酸的特征氨基 酸 由 于 带 有 氨 基 - NH 2 ) 和 羧 基 - COOH ) ,所以具有两性电解质性质 , 同时氨基酸由 于具有这些官能基团 ( - NH 2 , - COOH ) ,在溶液中 的反应比较活泼 ,所以可以把氨基酸划分为极性和 非极性氨基酸 ,并且由于持有氨基和羟基的数目的( ( 键 ( ) 的 难易 及 程度 的不 同 而使 氨基 酸对水的亲和力有差异等 ,氨基酸的这些特性可归纳成表 3。
因此可以根据氨基酸的这些特征 , 进行分 离和提纯 ,以获得所需的目的氨基酸 。
表 2 丝素和丝胶的氨基酸组成及含量 (mo l % )丝素丝胶丝素丝胶名称 名称 绢丝腺茧丝绢丝腺茧丝绢丝腺茧丝绢丝腺茧丝甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 3 亮氨酸 3 异亮氨酸 3 苯丙氨酸 3 蛋氨酸 3 色氨酸 3 脯氨酸461153 30104 2110 0136 0129 0164 0125 0154012041181 27103 3104 0132 0131 0166 0170 0160013412127 4133 2192 1132 1101 1164 0197 0180116013175 4190 2102 0180 0191 1107 0187 01501140酪氨酸 胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 3 天门冬氨酸 谷氨酸 组氨酸 赖氨酸 * 精氨酸4144 0135 8169 0156 1100 113301116 012611566144 01130 12145 0158 1123 1129 0136 017111833112 012032162 616418155 4183 2160 1116315221197 012033131 810719162 3125 1191 01873158注 :带 3 者为人体必需氨基酸表 3 氨基酸的极性和亲水性名称极性 序号代号非极性 亲水性 稍亲水性 疏水性 疏水性值中文 英文中性酸性碱性- 014 113 412 318 415 218 119- 019 - 116 - 113215- 018 - 017 - 315 - 315 - 312 - 319- 415123456789101112131415161718Gly A la V a l L e u Ile Phe M e t Try P r o Tyr Cys Se r Th r A s p Glu H is L ys A rg甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 苯丙氨酸 蛋氨酸 色氨酸 脯氨酸 酪氨酸 胱氨酸 丝氨酸 苏氨酸 天门冬氨酸 谷氨酸 组氨酸 赖氨酸 精氨酸Glyc i ne A lan i ne V a l ine L e uc i neIso l euc i ne Phenyla l an i ne M e t ion i ne Try p top h ane P r o l ine Tyro s ine Cystine Se r ine Th r eon i neA sp a r tic ac i d Glu t a m ic ac i d H istid i ne L y sine A rgin i ne○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○○ ○○○ ○ ○ ○○○ ○ ○ ○ ○ ○ ○○ ○○ ○ ○·14·蚕桑茶叶通讯总第 121期42 %的甘氨酸和 12 %的丝氨酸有降低血液中胆固醇的作用 ,如果多食用丝素食品 ,就可预防高血压 ,同时可促进胰岛素的分泌 ,降低血糖值 ,从而对糖尿 病有防治作用 ;又如占 30 %的丙氨酸具有促进酒精 代谢 ,增强肝功能 ,有保肝 、护肝的作用 ; 占 6 %的酪 氨酸有预防痴呆症的功能等 。
现根据资料收集 ,将 氨基酸对人体的作用整理如表 4。
4 氨基酸对人体的作用 (功能 )丝素的营养价值主要在于氨基酸的组成和低聚 肽类型 。
如仅仅从表 2 的必需氨基酸含量来看 ,丝 素中只含有 610 % ,作为营养品利用的价值就不大 。
但是从组成氨基酸种类和含量进行分析 ,却有其无 法估量的天然功 能价 值 。
例 如 占丝 素氨 基 酸总 量表 4 氨基酸对人体的作用 (功能 )2. 治疗皮肤的损伤 ,对病后 、产后脱发有疗效甘氨酸 2. 是脑等组织中的丝氨酸磷脂的组成成分 天门冬氨酸防治效果 2. 参与脑的蛋白和糖代谢 , 促进氧化 , 改善中枢神经活加2. 有提高肌肉活力的功能 2. 防治癞皮病 病 、肥胖病人食用较好成2. 可防治老年性痴呆症4. 对治疗胃溃疡等慢性病 、神经性炎症及发育不良等有氨基酸氨基酸的功能氨基酸 氨基酸的功能1. 降低血液中的胆固醇浓度 ,防治高血压2. 降低血液中的血糖值 ,防治糖尿病3. 能防治血凝 、血栓4. 提高肌肉活力 ,防止胃酸过多5. 对防治呼吸道疾病有效6. 甜味为砂糖的 018 倍 ,对人体有补益等营养作用1. 促进血液中酒精的代谢 (分解 ) 作用 , 增强肝功能 ,丙氨酸有保肝护肝作用2. 甜味为砂糖的 112 倍1. 促使神经系统功能正常2. 如果缺乏时 ,会造成触觉敏感度特别增高 , 肌肉的缬氨酸共济运动失调3. 可作为肝昏迷的治疗药物苏氨酸 人体必需 ,缺乏时会使人消瘦 ,甚至死亡 脯氨酸 对高血压有医治效果1. 降低血氨 、促使人体中尿素生成 ,治疗肝昏迷等 精氨酸 2. 增加肌肉活力 , 保持性功能 , 对治疗精子减少症有作用1. 降低血液中的血糖值 ,对治疗头晕有作用亮氨酸 2. 促进皮肤 、伤口及骨头的愈合作用3. 如果缺乏时 ,会停止生长 ,体重减轻1. 参与血球蛋白合成 ,促进血液生成2. 产生组氨 ,促使血管扩张 ,增加血管壁的渗透性3. 医治胃病 、十二指肠等有特效组氨酸 4. 促进腺体分泌 ,对过敏性疾病有效果5. 可治疗消化性溃疡 、发育不良等症6. 对治疗心功能不全 、心绞痛 、降低血压 、哮喘及类风 湿关节炎有效果1. 参与结缔组织 、微血管上皮细胞间质的形成 , 并保持正常的渗透性2. 可增加食欲 ,促进胃蛋白酶的分泌 ,增强免疫能力 ,赖氨酸 改善发育迟缓 ,防止虫牙 ,促进儿童生长3. 提高钙的吸收 ,促进骨骼生长4. 如果缺乏 ,会降低人的敏感性 ,妇女会停经 ,出现贫 血 、头昏 、头晕和恶心等病症胱氨酸1. 有治疗脂肪肝和解毒效果丝氨酸1. 降低血液中的胆固醇浓度 ,防治高血压1. 降低血氨 ,对肝有保护作用2. 对心肌有保护作用 , 可治疗心绞痛 , 对心肌梗塞等有3. 增加鲜味,促进食欲1. 降低血氨 ,有解氨毒的作用动 ,有维持和促进脑细胞功能的作用 , 促进智力的增 谷氨酸3. 对严重肝 功能 不全 、肝昏 迷 、酸中 毒 、癫痫 精神分 裂 症 、神经衰弱等有治疗效果4. 对治疗溃疡病 、胃液缺乏 、消化不良 、食欲不振有效果5. 保护皮肤湿润 , 防治干裂 , 如配制的洗涤剂 、化妆品 , 对皮肤 、粘膜无刺激 ,适于幼儿及皮肤病患者使用1. 能维持机体平衡 ,治疗精神障碍 异亮氨酸2. 有促进食欲的增加和抗贫血的作用3. 如果缺乏时 ,会出现体力衰竭 、昏迷等症状1. 参与胆碱的合成 , 具有去脂的作用 , 防治动脉硬化高蛋氨酸血脂症3. 促进皮肤蛋白质和胰岛素的合成1. 促进血红蛋白的合成色氨酸3. 促进生长 ,增加食欲4. 甜味为砂糖的35 倍 , 配制生产的低糖食物等对糖尿苯丙氨酸在机体内转变为酪氨酸 ,促进甲状腺素和肾上腺素的合 1. 制造肾上腺激素 、甲状腺激素和黑色素的必需氨基酸 酪氨酸3. 促进新陈代谢 ,增进食欲 效果5. 与色素形成有关系 ,缺乏时会得白化症。