国内外多肽金属离子螯合物的研究进展

刘凌云

（毕节市能源发展技术中心，贵州毕节 551700）

肽指的是蛋白质经过酶水解后所生成的碎片，其结构中的氨基酸种类和数量都会使得肽段具有一定的特殊活性。一般情况下，由2～20个氨基酸构成的多肽具有抗氧化、抗癌、抗菌、降压、抗疲劳和免疫调节等多种生理功能。在人类的生活中，微量元素起着非常关键的作用。如果体内缺乏钙质，会导致机体出现营养不良、免疫力下降等症状；缺乏铁会引起消化系统和记忆衰退；人体缺乏锌元素会引起生长发育迟缓，出现神经精神障碍等症状[1]。

当前常见的各种营养补充品含有His、Cys、Glu、Asp、Ser（P）的多肽，其对金属离子的螯合活性相对较高，可以较好地与Ca2+、Fe2+、Zn2+等金属离子进行共价或吸附结合。多肽金属离子螯合物由于具有高吸收利用率和无胃肠副作用等优点，已逐步引起广泛的重视，并成为当前的研究热点。本文综述了近年来国内外的肽金属离子螯合物的结构特点和吸附机理。

1 肽金属螯合物

1.1 多肽金属螯合物的结构特点

多肽结构中的氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸等，都是配位氨基酸，它们能与不同的金属元素结合，生成肽金属螯合物。肽类金属螯合物是一种具有良好热力学和热稳定性的环状化合物。利用亚铁、锌等离子与多肽进行螯合，制备出兼具多肽与金属离子两种营养与功能性特征的多肽金属螯合物，是一类兼具多肽与金属离子两种特征的新型多肽金属螯合物。米糠肽-铁锌螯合剂既保留了亚铁离子和锌离子的生理功能，又保留了其抗氧化和降胆固醇的功能，其应用前景十分广阔。

1.2 多肽金属螯合物的转运机理

钙、铁、锌等微量元素可以在饮食中得到，再经过胃酸的分解，从而被身体所吸收。但是，由于受到小肠壁的拮抗，所以会对它在肠道的消化和吸收造成不良反应，从而导致出现呕吐、反酸等不良反应。因而，如何进一步提升机体对金属元素的摄取效率，已引起国内外科研工作者的高度重视。

多肽类金属螯合物以多肽的方式运输进入机体。小肽较普通氨基酸更容易被人肠道运输和吸收，其与重金属的螯合会提高其对重金属的利用效率，降低能耗，促进食物的消化和吸收。其次，多肽是蛋白质的最重要的吸收途径，它以多肽的形式穿过肠上皮细胞进入到血液中，具有快速消化、能量消耗低、不易饱和等优势，例如多肽-铁螯合作用较强，更容易被机体消化吸收；而肽-锌螯合剂则能有效地补充锌离子，且其生物利用度较高，毒性较低[2]。

1.3 多肽金属螯合物的生物活性

1.3.1 抗氧化性

在生物体内，自由基是多种生物化学作用的中间体，一旦超过一定限度，就会对生物体内的正常细胞进行破坏，从而导致身体老化，并引发多种疾病。研究发现，大豆蛋白水解产物，也就是多肽，其抗氧化性更强。芝麻蛋白酶水解多肽对糖尿病、高血压等多种慢性代谢性疾病有良好的防治作用，是一种极具潜力的新型功能食品。Ramak 等通过对多肽进行了多肽组学研究，结果表明，与其他蛋白酶比较，木瓜蛋白酶水解得到的多肽及其螯合物对 ABTS+的清除和螯合效率都较高，具有较好的抗氧化性，且对亚铁的螯合效率也较高。蛋白质在水解时，由于水解度太高，会生成苦味肽段，影响制品的风味，因此，不能仅依据水解度选择蛋白酶，也要考虑蛋白酶的抗氧化性[3]。

1.3.2 抗菌性

在人们追求更高品质食物的同时，食物的安全性也越来越受到重视。随着抗生素、磺胺等抗菌药物的应用越来越多，细菌的抗药性也越来越强，所以高效、残留少、毒害小的抗菌物就成了防治细菌感染的关键。李敏晶等以一种海洋动物为对象，对其进行了初步的抗菌实验。研究表明，随着生物活性物质含量的增加，抗菌活性增强。张囡从蘑菇茎中获得了多种分子量的多肽类化合物，结果表明，它们既有抗真菌活性，又有很高的还原性[4]。植物中含有一些成分，可以通过植物中的成分来抑制或者直接杀灭病原菌，并且不会出现抗药性，从而增强人体的免疫力。已有的实验结果表明，将无机离子与聚肽进行螯合，不但可以增加无机离子的吸收，还可以增强聚肽的抗微生物活性。例如：Lin 等从一种廉价的鱼的蛋白水解液中提取出了一种多肽，并将其与亚铁离子进行了螯合，对其对自由基的清除能力进行了测试，结果表明，螯合后的多肽螯合亚铁既具备了良好的营养特征，又容易被人消化和吸收，同时还具备了抑制细菌和抗氧化的作用。由于大部分多肽都是从食品中提取出来的，因此对身体没有任何的负面影响，还能加速伤口的愈合。

2 肽金属离子螯合物的研究进展

2.1 多肽硒螯合物的研究进展

硒是一种重要的微量元素，对机体的生长、发育和繁殖有重要作用，还可以提高人体的免疫力。硒缺乏不仅会引起机体多个脏器的损伤，还会引起多种慢性病的发生，如肿瘤、贫血、大骨节病、糖尿病等。刘晓美等利用酶水解法制备了高效的玉米肽，并对其与硒螯合的方法进行了研究，在动物实验中证明了玉米肽-硒螯合体系是一种新的含硒营养素的补充剂[5]。林栋等从豌豆和核桃中提取出了多肽-硒螯合，并用亚硒酸钠合成了多肽-硒螯合，测定了它们的抗氧化性和还原性，结果表明，这些肽-硒螯合后的分子量变得更小，更容易被人体吸收。因为人类本身并没有生成硒元素的能力，所以只有在每天的食物中才能够获得硒元素。Sayra 等对萌芽鹰嘴豆在各种蛋白组分中的硒积累，以及它们对蛋白水解液消化率和细胞抗氧化活性的影响进行了对比，结果表明，经过螯合后的鹰嘴豆芽球蛋白的消化率较高。结论：多肽具有较高的生物利用率和较低的毒性，可以成为补充硒的重要途径。

2.2 多肽钙螯合物的研究进展

钙是一种矿物质，对机体的健康至关重要。因此，对补钙药物的研发在世界范围内已成为一个热门话题。成静等研究了胶原蛋白多肽螯合钙对动物有很好的补钙作用，可使动物的血清钙、股骨钙浓度和股骨指标显著升高。祝德义等对胶原多肽与钙的结合模式进行了深入探讨，利用UV、FTIR、环境扫描电子显微镜等手段，对多肽-钙的结合模式进行了初步分析，发现Ca2+不仅可以结合到其氨基和羧基上，还可以结合到其羧基上，从而提高其对钙的摄取能力[6]。然而，目前对其作用机制还知之甚少。Bouhallab 等发现，多肽的活性除了受多肽长度、氨基酸序列等因素影响之外，还受多肽与金属离子相互作用的亲和常数、稳定常数，以及所生成的多肽-金属离子螯合产物的稳定性等因素影响。Ferraretto 等还认为，多肽的功能很有可能是通过将其插入到细胞膜上，从而在细胞膜上形成一个特定的Ca2+通道，从而发挥其对Ca2+的功能。多肽-钙也具有抗微生物作用。丁利君等发现，多肽-钙螯合体对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、荧光假单胞菌、枯草杆菌、白念珠菌、啤酒酵母、黑曲霉等具有不同程度的抗菌活性，其中对该菌的增殖具有显著的抑制效果。

2.3 多肽铁螯合物的研究进展

肽铁螯合物是多肽和二价金属离子之间以配位方式连接而成的一种环形结构。其可从大米、花生、芝麻、肉制品等食品原料中提炼出能与金属离子螯合的蛋白质活性肽，因此，肽铁螯合物具有较高的实用性和安全性，且易于被人体消化和吸收。与普通的亚铁盐相比，米糠肽-铁螯复合物具有更好的溶解性和吸收性。曹丛丛等对阿胶多肽-铁螯合物的促铁吸收性能进行了初步的实验，发现其对小肠组织有明显的增强作用及活血化抑制作用；以玉米肽为原材料，将其与铁结合，合成出具有良好的化学稳定性和较高的铁离子螯合率，并具有 ACE 抑制作用的玉米多肽-铁螯合体，有望成为一种新型的功能型补铁材料[7]。

多肽的侧链基、胺基、羧基和羰基等可以为亚铁螯合物提供相互结合的位置。Wu 等将太平洋鳕明胶水解制得具有铁螯合活性的多肽，发现该多肽具有较强的铁螯合活性，并发现该多肽中含有谷氨酸、精氨酸和脯氨酸；通过对肽-铁螯合蛋白的研究，发现了一种含有 SVNVPLY 的多肽，该多肽对铁离子配位起关键作用，且多肽 SVNVPLY 与铁离子结合作用显著；Lv 等对脱脂肪的胡麻中的铁螯合多肽进行了表征，发现与铁螯合作用有关的是：丝氨酸的磷酸基、天冬氨酸和谷氨酸的羧基、组氨酸的咪唑基，以及半胱氨酸的硫基。

通过螯合作用得到的多肽-铁螯合物组分非常复杂，既包含了大量的自由金属Fe，又包含了大量没有参加螯合作用的多肽片段，需要进一步分离和提纯。超滤法、亲和层析法、离子交换色谱法、凝胶过滤层析法和反相高效液相色谱法是目前比较常见的检测方法。Jiang 等利用超滤、质谱技术、亲和层析法等技术，对蓝圆盘酶水解液中的铁螯合肽进行了分离，获得了具有良好铁螯合活性的多肽。同时其采用色谱分析方法，证实了乳清蛋白中的小分子多肽对铁螯合作用，并表现出较好的稳定性及较高的溶解度。

2.4 多肽锌螯合物的研究进展

多肽和 Zn 可以形成多肽-Zn 螯合物，该螯合物对 Zn 的摄取能力强，其具有无毒副作用、安全高效的特点。与其他无机盐相比，大豆蛋白水解液中的锌螯合物溶解度较高，有利于人体对锌离子的胃肠道吸收；通过对玉米多肽进行 Zn 改性，可以提高玉米多肽-锌螯合物的抗氧化性，并有利于其在胃肠中的消化和吸收；Guo 等通过在罗非鱼中加入谷胱甘肽和锌，研究了在罗非鱼中加入谷胱甘肽和锌对其生长性能的作用，发现加入谷胱甘肽和锌离子后，可以提高罗非鱼总蛋白质含量，提高其生长性能，提高机体免疫力[8]。

氨基酸中的羧基和组氨酸中的吡啶基均具有较强的螯合性。Zhang 等利用碱性蛋白酶对杜蚝蛋白中的 Zn 进行了螯合实验，发现氨基酸、羧基是其螯合位点；与常规肽相比，该多肽具有较强结合能力，具有较高的Zn 螯合活性，并且具有较高的消化酶抗性，有利于 Zn 在消化道的吸收与利用。多肽的提取和提纯能够极大地增强其与重金属的螯合性，促进其在胃肠中的消化和吸收。利用超滤法和液质联用技术，从大豆中获得了一种新颖的具有锌离子螯合能力的多肽KYKRQRW。锌螯合肽除可提高与锌的亲和力外，还可提高其在胃肠中的稳定性；采用超滤法、离子交换层析、反相高效液相色谱等方法，从绿豆酶水解液中获得了一种具有较高螯合能力的酶水解液，该酶水解液中的 Zn 离子螯合效率较未经过分离和提纯的酶水解液提高了55.09%；采用亲和色谱、反相高效液相色谱、质谱等方法对芝麻多肽进行了鉴定，发现芝麻多肽具有较好的锌离子螯合性，并明显优于谷胱甘肽。

3 结论

相对于蛋白质和氨基酸，多肽的吸收机理更为简单有效，也更易于被机体消化，此外，多肽还具有抗菌、抗氧化、抗疲劳等多种生理功能。在肽金属离子螯合物方面，目前的研究重点是从动物、动物残渣、垃圾等中萃取蛋白质，其制备方法简单、环保，而且其产品的安全性能更高，在工业上更具发展潜力。多肽的氨基酸序列、分子量、官能团的疏水性等因素在其螯合反应中的功能仍不明确，其与多肽的结合位点、亲和力及主导的驱动因素等也不清楚。国内外研究学者对多肽螯合物的研究有望加快多肽金属螯合物在食品中的应用，促进其在食品中的应用，对于提高我国人民的身体素质，提高农副产品、林副产品的价值，都有着十分重大的现实意义。