牛肉碳纳米粒子与人血清白蛋白形成蛋白冠的机制及其生物效应

作     者：柳康静 

作者单位：大连工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭明乾

授予年度：2021年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：牛肉 碳纳米粒子 消化蛋白酶 蛋白冠 生物效应 

摘      要：食品加工中产生的荧光碳纳米粒子(CDs)的独特特性引起了人们的关注。牛肉由于其高蛋白、低脂肪和营养成分高等特点,成为消费者最喜欢的肉类之一。热加工牛肉中易形成稳定的CDs,具有光致发光特性和潜在的细胞毒性,当牛肉CDs遇到水溶性蛋白质后会形成蛋白冠,进而影响牛肉CDs的生物行为,阐明牛肉CDs蛋白冠的性质对于揭示CDs的生物效应有重要作用。在本研究中,探究了热加工牛肉中碳纳米粒子的性质、与消化蛋白酶相互作用特性、与人血清白蛋白(HSA)形成蛋白冠的特性及生物效应。首先,对不同热加工牛肉中的CDs的性质进行了探究。从烤、煎和煮牛肉中提取的CDs接近球形,呈现无定形结构,分散性好。平均粒径分别约为2.32±0.71、2.30±0.18nm和3.53±0.22 nm,主要含有碳、氮和氧元素,表面含有-NH、-COOH、-OH等基团。CDs荧光寿命分别为8.78、5.05和9.29 ns,荧光发射波长和强度与激发波长有的相关性,随着激发波长的增加,发射波长出现红移。其次,对牛肉CDs与消化蛋白酶的相互作用进行了探究。由于在多种热加工方式中,烤制食品安全性存在争议较大,因此选取烤牛肉CDs进行后续实验。实验证明CDs表面含有丰富的官能团,通过胃肠被消化时,CDs表面会吸附体内主要的消化酶,与其发生相互作用。体外模拟消化实验发现,CDs可以通过静态淬灭的方式淬灭胃蛋白酶和胰蛋白酶的固有荧光,并且使胃蛋白酶和胰蛋白酶活力分别降至61.11±7.36%和51.28±3.62%。烤牛肉CDs的存在引起的相互作用使胃蛋白酶和胰蛋白酶电位减小,粒径增大,酶的二级结构发生改变。最后,对烤牛肉CDs与人血清白蛋白相互组用形成蛋白冠进行了探究。烤牛肉CDs水溶性好,翻转肠囊模型实验结果显示CDs可以透过肠壁,进入血液循环系统,与HSA以静电或疏水相互作用结合成蛋白冠,结合摩尔比为2:1,结合位点主要位于HSA疏水腔中I处位点(子域IIA)。蛋白冠包裹的CDs主要分布在细胞溶酶体中,可以缓解单独CDs引起的内质网肿胀,使线粒体膜电位从69.8%增加到81.4%。此外活性氧实验表明蛋白冠的存在减少了细胞活性氧产生,并减轻了CDs对谷胱甘肽的消耗,从而保护细胞免受损害。综上所述,本研究的结果为食源性纳米粒子形成蛋白冠的机制和毒性评价打下了实验基础,为深入研究蛋白冠的潜在应用提供了有价值的信息。