罗望子多糖对冰重结晶、生长习性和量热行为的影响

为系统考察罗望子多糖对冰晶生长的抑制效应,采用“蔗糖三明治”冰重结晶试验、Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)理论模型、动态冰晶修饰试验和差示扫描量热法研究该多糖溶液的冰重结晶动力学、冰晶生长习性和量热行为。结果表明,罗望子多糖在溶液中呈浓度依赖性构象转变,该多糖具有显著的冰重结晶抑制活性,其中添加0.25%(质量分数)的多糖可以使冰晶生长速率降低近10倍。罗望子多糖具有较弱的冰晶形貌修饰活性,暗示其与冰晶表面可能具有较弱的相互作用。此外,罗望子多糖具有一定的冰点抑制活性而对融点没有显著影响。值得注意的是,当多糖浓度超过一定值时,冰重结晶抑制活性和冰点抑制活性略有降低,推测罗望子多糖基于“界面效应”抑制冰晶生长。研究结果表明罗望子多糖具有作为新型天然冷冻食品抑冰剂的潜力,也为理解天然多糖的防冻机理提供了新的思路。

小麦冰重结晶抑制蛋白基因TaIRI5的克隆及分析

为了明确小麦冰重结晶抑制蛋白基因(TaIRI5)在小麦生长发育过程中的作用,该研究以小麦品种‘北京841’为材料,利用RT-PCR方法克隆TaIRI5基因,并对该基因进行生物信息学分析、组织特异性表达分析、启动子活性分析以及亚细胞定位分析。结果显示:(1)成功克隆到TaIRI5基因,该基因全长1203 bp,开放阅读框为858 bp,编码285个氨基酸,蛋白质分子量为70.7 kD,等电点为5.07,属于疏水性蛋白。(2)实时荧光定量PCR结果显示,TaIRI5基因在小麦的根、茎、叶片、雌蕊、雄蕊、护颖、种子中均有表达,其中根部的相对表达量最高,在雌蕊中表达量最低,表明该基因在小麦的生长发育过程中起重要作用。(3)TaIRI5基因的启动子分析表明,该区域除CAAT-box和TATA-box启动子核心元件外,该序列还包含9个光响应元件和6个激素应答元件及其他元件;利用TaIRI5基因不同长度(498 bp、999 bp、1500 bp)的3个候选启动子,构建了含有GUS基因的pCAMBIA1301融合表达载体;烟草转化实验表明,3个候选启动子都能启动该基因的表达,但表达模式略有差异。(4)成功构建含有GFP基因的融合载体pCAMBIA1300-TaIRI5-GFP,亚细胞定位结果显示,TaIRI5定位于细胞膜上。该研究结果为进一步研究小麦TaIRI5基因功能奠定了基础。

亲水性高分子对冰重结晶的抑制作用研究

研究了聚丙烯酸、聚丙烯胺、聚乙烯醇三种亲水性高分子对冰重结晶过程的影响。结果表明,随着溶液浓度的增加,三种高分子对冰重结晶的抑制作用均逐渐增强。不同侧链基团会影响高分子对冰重结晶过程的调控效果,聚丙烯胺和聚丙烯酸没有明显抑制冰重结晶的效果,而聚乙烯醇具有很强的抑制冰重结晶的能力。对不同醇解度的聚乙烯醇研究发现,聚乙烯醇抑制冰重结晶的效果会随着醇解度的提高而不断增强。通过研究水分子的质子自旋-自旋弛豫时间(T2)发现:高羟基含量的聚乙烯醇可以更加有效地限制水的扩散运动,从而抑制冰重结晶。

丝素蛋白的抗冻活性探析

为制备可量产、成本低且高效的低温保护剂,研究一种源于家蚕茧的丝素蛋白的抗冻活性。借鉴抗冻蛋白的研究方法,先制备实验溶液,再通过质谱分析和色谱测定来分析丝素蛋白的分子量、氨基酸组成以及二级结构,通过冰晶重结晶抑制实验分析丝素蛋白溶液的抗冻活性。结合丝素蛋白的氨基酸组成与结构等信息分析丝素蛋白作为低温保护剂的保护机制。研究结果表明,丝素蛋白中的β-折叠结构有助于丝素蛋白与冰晶充分结合,丝素蛋白分子吸附于冰的生长表面,侧链上的β-折叠结构与冰晶结合,还可以通过分子间的疏水作用吸附到冰晶表面,通过覆盖和屏蔽作用抑制冰晶生长。这种抗冻活性随着丝素蛋白溶液质量浓度的增加而增强。

不同分子质量胶原抗冻肽的抗冻性能及机理研究

采用热水抽提耦合酶水解的方法从牦牛皮中提取了胶原酶解物,并采用超滤膜技术分离出<1 k、1~3 k、3~5 k和>5 kDa四种不同分子质量的胶原抗冻肽。在此基础上,利用差示扫描量热法对不同分子质量胶原抗冻肽的热滞活性进行了测定,同时利用低温显微镜观察了不同分子质量胶原抗冻肽的重结晶抑制能力及修饰冰晶生长形态的特性,并总结其机理。结果表明,不同分子质量胶原抗冻肽均具有调节冰晶生长和热滞的能力,其中,3~5 kDa的胶原抗冻肽热滞活性最高,为5.77℃,<1 kDa和>5 kDa的胶原抗冻肽重结晶抑制活性最好,3~5 kDa的胶原抗冻肽抑制单冰晶生长的能力最强。胶原抗冻肽与冰面结合可诱导冰晶沿6个方向快速生长,其中<1 kDa和>5 kDa胶原抗冻肽导致冰晶呈六角星型扩张,而1~3 kDa和3~5 kDa胶原抗冻肽导致冰晶呈树突状扩张。

抗冻蛋白及其在食品中应用的研究进展

抗冻蛋白(AFPs)是具有热滞活性、且能抑制冰晶重结晶的一类蛋白质。由于其特殊的结构和功能,可作为有效的抗冻添加剂应用于冷冻冷藏食品的加工、运输及贮藏过程,以提高食品的质量。本文对近年来有关抗冻蛋白的来源、作用机制以及在食品工业中的应用等方面的研究进展进行了综述。

抗冻蛋白提高植物抗寒性研究进展

低温是影响植物生长发育及地域分布的主要生态因子,提高冷敏感植物的抗寒性具有重要的理论和现实意义。对抗冻蛋白基因的研究表明,将这些基因转入冷敏感植物可以明显提高植物抗寒性。本文就近几年关于抗冻蛋白作用机理进行了总结,并综述了抗冻蛋白基因提高植物抗寒性的研究进展,这为植物抗寒性分子育种提供了理论依据和新的技术思路。

植物抗冻蛋白的研究进展及其应用

抗冻蛋白(antifreezeproteins,AFPs)是一类具有热滞效应和冰晶重结晶抑制效应的蛋白质,它们在受到低温环境胁迫时产生,能够使机体抵御冰冻环境.AFPs已经在多种冰冻耐受机体中发现,包括鱼类、昆虫、陆生节肢动物、细菌、真菌和植物,其中有关植物AFPs的研究起步较晚.综述了植物AFPs的发现,理化性质,组织及细胞定位,生理功能,作用机理,结构模型,及其在农业,医学,食品工业等方面的应用价值.

不同来源胶原蛋白抗冻活性的研究

采用酶法制备不同来源的胶原蛋白,并对其纯度及氨基酸组成进行鉴定。在此基础上,利用差示扫描量热仪及低温显微镜对其热滞活性(thermal hysteresis activity,THA)和重结晶抑制效应(ice recrystallization inhibition,IRI)进行了研究。结果表明:所制备的胶原蛋白均为典型的Ⅰ型胶原,纯度较高,其分子质量约为330 kD;相比于牛血清白蛋白,不同来源的胶原蛋白中,猪皮胶原具有较高的热滞活性,即当保留温度为-0.2℃,体系冰晶含量φ≤5%时,THA为0.52℃;在猪皮胶原蛋白体系中形成的冰晶为不规则的圆球形,不易对细胞及组织造成伤害,且经过一次循环后,冰晶无显著增大。

植物抗冻蛋白及其高级结构研究进展

抗冻蛋白是一类能控制冰晶生长和抑制冰晶之间发生重结晶的蛋白质,并具有两种明显不同的活性——热滞活性和重结晶抑制活性.植物抗冻蛋白的抗冻特性是低热滞活性和高重结晶抑制活性.植物抗冻蛋白虽然在DNA和氨基酸水平上具有较大的差异,几乎没有同源性,但却拥有相似的高级结构,冰晶结合位点也有一定的相似性,而且都可以通过“表面互补”模型较好地解释它们与冰晶之间的相互作用.全面介绍了植物抗冻蛋白的种类及特性,以及它们的高级结构和冰晶结合位点.

“表面互补”模型——抗冻蛋白通用的分子机理

抗冻蛋白(antifreezeprotein,AFPs)是一类能控制冰晶生长和抑制冰晶之间发生重结晶的蛋白质,能在结冰或亚结冰条件下保护生物体不受伤害。AFPs具有两种明显不同的活性———热滞活性和重结晶抑制活性。AFPs虽然在氨基酸序列、物种来源和高级结构等方面具有很大的差异,但都能通过吸附作用与特定的冰晶表面相结合,从而表现出相应的抗冻活性。AFPs与冰晶结合的分子机理主要有"氢键结合"模型和"表面互补"模型,而后者具有更强的优势,已逐渐发展成AFPs通用性的分子机理。目前已测定或建模了三维结构的AFPs都能与冰晶的特定表面形成表面互补,但形成这种表面互补的各种作用力还有待于进一步的研究。

低温胁迫小麦苗冰结构蛋白纯化的研究

以研究低温胁迫小麦苗冰结构蛋白(ISP)纯化为目的,以小麦苗为对象,经低温胁迫,并采用粗分离、饱和硫酸铵溶液沉淀、DEAE-Cellulose 52层析、sephadex-G75凝胶层析4个步骤对其中ISP进行纯化,分别采用差示扫描量热法(DSC)、热休克处理法和聚丙烯酰氨凝胶电泳(SDS-PAGE)测定各纯化步骤所得ISP的热滞活性(THA)、冰晶重结晶抑制能力(ICP)和分子质量(MW),并计算小麦苗存活率和各纯化步骤的得率。实验结果表明,梯度低温胁迫的小麦苗存活率与恒温低温胁迫相比提高了240%,小麦苗提取物(AWSE)中蛋白质含量与未低温胁迫小麦苗提取物(NAWSE)相比提高了7.8%;以THA表征的纯化倍数(T_1)和以ICP表征的纯化倍数(T_2)分别为451.15和137.60,得率为2.85%,THA为0.180℃(5 mg/mL),ICP为70.03%,分子质量范围为20.1~31.0 ku;与THA相比,ISP在较低浓度下即可达到ICP的峰值。小麦苗可作为制备冰结构蛋白的天然植物资源。

胶原酶解复合物的制备及其抗冻活性

以水解度为指标,优化了碱性蛋白酶水解猪皮胶原蛋白的条件。在此基础上,制备了不同水解度的酶解复合物,并对其抗冻保护活性进行了研究。结果表明,酶浓度5%(w/v),酶解温度50℃,酶解时间5 h,p H值8.0,胶原质量浓度为15 mg/m L可得到最高水解度,为猪皮胶原蛋白最佳的酶解条件。在此条件下制备水解度分别为4%、6%、8%、10%、13%和16%的酶解复合物,发现水解度为10%的酶解复合物,在使用质量浓度为1.2 mg/m L时对微生物的保护活性最高。该水解度的酶解复合物还能显著抑制冰淇淋的重结晶,并具有较高的热滞活性,为4.64℃,其分子质量主要分布在小于1 000 Da范围内。

猪皮胶原酶解复合物在冰淇淋中的应用

采用碱性蛋白酶对猪皮胶原进行酶解得到具有抗冻活性的复合产物,考察了该复合物对冰淇淋浆料黏度、膨胀率、微观结构、冰晶生长、重结晶及Tg’的影响。结果表明,猪皮胶原酶解复合物具有明显改善冰淇淋品质的效果,当酶解复合物添加浓度为0.5%时,冰淇淋的黏度和膨胀率达到最大,分别为34.5 m Pa·s和26.87%,并表现出最大的重结晶抑制活性,冰淇淋的Tg’也达到最大,为-17.64℃。结合感官分析评价,胶原酶解复合物添加浓度为0.3%时冰淇淋口感最佳,其品质也较高。

植物冰结构蛋白的功能机制及其应用

冰结构蛋白是具有热滞效应、冰晶形态效应和重结晶抑制效应的蛋白质.介绍了最近的抗冻蛋白的分类,植物冰结构蛋白作用机制,植物冰结构蛋白与其它病程相关性蛋白或酶的同源性,冰结构蛋白与冰晶间的相互作用,热滞效应和抑制重结晶作用,及其在生产中的应用.

抗冻蛋白的抗冻活性及其测定方法

抗冻蛋白是一类能够保护生物体免受结冰引起伤害的蛋白质,其抗冻活性表现为热滞性和重结晶抑制效应.本文讨论了影响抗冻蛋白活性的因素,介绍了抗冻蛋白热滞活性和重结晶抑制效应的定量测定方法.

红细胞冷冻保存的历史、机理与研究进展

现代输血医学中红细胞冷冻保存是低温生物学中典型的临床应用之一,本文详细回顾了红细胞低温冷冻保存的发展历史以及临床应用方法的演变,并从低温生物学角度阐明红细胞在低温冷冻过程中遭受低温损伤的机理以及影响红细胞冷冻效果的常见因素,汇总了目前国际上使用新型低温保护剂的案例、胞内递送海藻糖技术的发展、冰重结晶抑制剂的应用等,为从事输血医学的医务人员和关注红细胞冷冻保存的科研工作者提供参考。

抗冻蛋白多维活性表征鉴定新进展

抗冻蛋白(antifreeze protein)是一类能够控制冰晶、帮助生物免受低温损害的蛋白,具有多种优良的抗冻活性。本文全面讨论了抗冻蛋白多种抗冻活性(冰面结合活性、热滞活性、重结晶抑制活性、冰晶修饰活性和冰粘附活性),介绍了抗冻活性鉴定方法及其最新的进展。在此基础上,总结了抗冻蛋白研究存在的问题与挑战,并对其研究前景进行了展望。

淀粉样蛋白纤维对冷冻猪肉糜品质的影响

本研究以乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)为原料制备淀粉样蛋白纤维(amyloid protein fibrils,APFs),通过透射电子显微镜对APFs的微观结构进行表征,确认形成了细长的非分叉纳米纤维。利用圆二色光谱和傅里叶变换红外光谱技术比较WPI和APFs二级结构的差异,结果表明相比WPI,APFs的α-螺旋含量减少,β-折叠含量增多。自由基清除率分析结果表明APFs的抗氧化性强于WPI。利用滴溅法测定样品的冰晶重结晶抑制(ice recrystallization inhibition,IRI)活性,结果表明APFs的IRI活性显著强于WPI,且保温温度越高IRI活性差异越显著。在猪肉糜中分别添加质量分数0%、1.0%、3.0%、5.0%的APFs,经冷冻解冻后测定肉糜的颜色、持水力、二硫键含量、热成胶性、水分分布。结果表明APFs在不显著改变冷冻肉糜颜色的情况下,可以显著提升冷冻肉糜的持水力、改善热凝胶性,并抑制蛋白质氧化。本研究表明APFs是一种潜在的优良冷冻肉糜保护剂。

天然抗冻多肽的性质与对乳酸菌的低温胁迫保护作用

目的:分析猪皮明胶抗冻多肽的相关性质,研究其对乳酸菌的低温胁迫保护活性。方法:应用ANS荧光探针法测定抗冻多肽表面疏水性;应用差示扫描量热法测定抗冻多肽热滞活性;应用偏光显微镜观察低温循环过程中抗冻多肽对冰晶的重结晶抑制活性;平板菌落计数法检测低温冷冻后乳酸菌的存活率。结果:在最优条件下获得的抗冻多肽其水解度为7.2%,抗冻多肽中80%的组分分子质量分布在150～2 000 u。表面疏水性值363,等电点为3.93,热滞活性为0.58℃,有显著的重结晶抑制活性。乳酸菌低温冷冻结果表明,1%添加量的抗冻多肽,可显著提高乳酸菌存活率。