淀粉消化过程中两亲物质对酶解效率的抑制研究

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调节淀粉酶解率对于工业应用和人体健康管理都具有重要意义。前人的研究主要集中于天然淀粉酶抑制剂的发现及人工淀粉酶抑制剂的合成,而对于消化过程中两亲分子对于淀粉酶解率的影响机制没有清晰的认识。本研究中使用Pluronic为两亲性物质模型,探究两亲性物质体系中淀粉酶和底物淀粉结构的改变及温度、浓度等因素对淀粉酶解的影响,以期获得两亲性物质影响淀粉酶解抑制的抑制机制。(1)Pluronic模型两亲体系中淀粉的酶解使用Pluronic作为两亲物质模型研究其对淀粉酶解率的影响。发现在淀粉酶解实验中添加Pluronic(PL82.5、PL50、PL40、PL10),在4小时淀粉酶解实验中,空白组淀粉酶解率为98%,而添加PL10的实验组酶解率为82%,较空白组酶解率降低16%,并且Pluronic对淀粉酶解的抑制作用随Pluronic疏水性和浓度呈现规律性变化,疏水性提高,淀粉酶解率呈现下降趋势。使用水杨酸荧光探针法和紫外光谱法研究了Pluronic与直链淀粉相互作用的结合方式与作用部位,通过发射波长在406 nm处荧光强度的变化,以及紫外光谱540 nm-660 nm处吸光度的变化判定Pluronic与直链淀粉结合部位为直链淀粉的疏水性区域,结合方式为疏水相互作用。使用傅里叶红外光谱及拉曼光谱探究了Pluronic与淀粉的结合对淀粉结构产生的影响,结果显示红外吸收峰在576 cm-1、996 cm-1和1147 cm-1处出现明显规律性偏移,即偏移数值随添加的Pluronic疏水性而增大。(2)两亲分子对α-淀粉酶结构的影响通过研究α-淀粉酶内源荧光以及其在紫外250 nm处吸收峰的变化,发现Pluronic与α-淀粉酶的相互作用导致了淀粉酶空间结构的改变,并且这种改变与Pluronic的疏水性程度有关。进一步通过圆二色谱(CD)研究了Pluronic对α-淀粉酶二级结构的影响,其中α-螺旋结构和β-折叠结构含量随疏水性增强而增加,β-转角随疏水性增强含量降低,无规则卷曲结构含量变化不明显。使用傅里叶红外光谱对位于酰胺I带的1700 cm-1-1600 cm-1(C=O伸缩振动)吸收峰进行傅里叶去卷积处理,研究其二级结构变化,发现结果同CD结果一致。使用同步荧光光谱研究Pluronic对α-淀粉酶酪氨酸和色氨酸等所处微环境的影响,发现络酪氨酸所处微环境极性增强,荧光强度降低。(3)脂肪酸体系对两亲类物质影响淀粉酶解机制的验证研究为了验证在Pluronic模型体系得到的结果,我们选用不同链长的脂肪酸进一步研究不同疏水程度的分子如何影响淀粉酶解的效率。结果发现,脂肪酸体系同样表现出了对淀粉酶酶解率的抑制。通过水杨酸荧光实验及色差实验,发现不同疏水性的脂肪酸与直链淀粉作用部位为直链淀粉的疏水性区域,作用方式为疏水相互作用,结合程度受脂肪酸疏水性强弱影响。通过红外实验验证了脂肪酸对淀粉结构影响,红外吸收峰在576 cm-1、996 cm-1和1147 cm-1处出现明显规律性偏移,即偏移数值随添加的Pluronic疏水性增加而增大。在脂肪酸与α-淀粉酶相互作用荧光光谱中发现,疏水性越强的脂肪酸导致α-淀粉酶在346 nm处荧光强度降低程度越大。实验结果与Pluronic体系所得结果吻合。综上所述,本研究以不同亲疏水性的Pluronic作为两亲性物质模型,发现其对淀粉酶解具有抑制作用。通过红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱及荧光探针等实验,发现两亲性Pluronic与直链淀粉疏水部位的结合改变了淀粉的结构;Pluronic同时也使α-淀粉酶的空间结构及氨基酸微环境改变,二者综合作用使得淀粉的酶解得到抑制。不同亲疏水性的脂肪酸体系中淀粉酶解实验进一步验证了这一结论。本研究首次从淀粉酶和底物两个层面探究两亲性分子对淀粉酶解影响的机制,不仅在分子水平上解析了两亲分子与淀粉及淀粉酶的相互作用机制,也为通过改变体系的亲疏水性实现淀粉的可控消化提供新的思路。
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