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1、谷氨酰胺转移酶 谷氨酰胺转移酶 TGaseTGase 及其对鱼糜制品凝胶特性的影响及其对鱼糜制品凝胶特性的影响 Index Page 2 TGase的来源及生产制备1 TGase的酶学特性2 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响3 TGase的应用展望4 1 TGase的来源及生产制备 Page 3 Catalogue Page 4 Production and preparation Nomenclature Distribution Types nTGase是一种催化酰基转移反应的酶 n催化蛋白质分子内或分子间的交联 n催化蛋白质和氨基酸之间的连接 n催化蛋白质分子内谷氨酰胺残基的水解 n主
2、要作用 n改善蛋白质功能性质 n提高蛋白质营养价值 n 21世纪超级粘合剂 n应用领域 食品 医药 纺织 化妆品等 Page 5 Nomenclature n系统命名 n 蛋白质 谷氨酰胺 谷氨酰胺转移酶 EC2 3 2 13 n英文名 ntransglutaminases TGase n中文名 n谷氨酰胺转移酶 n转谷氨酰胺酶 n谷氨酰胺转胺酶 n谷氨酰胺转氨酶 Page 6 Distribution nMammal Folk and Chung 1985 n几乎所有组织和器官 n组织TGase 膜结合TGase 血浆TGase nPlants Icekson and Apelbaum 19
3、87 n细胞骨架 细胞壁结构中 nFish Yasueda and others 1994 n同哺乳动物 几乎所有组织和器官 nBacteria Ando and others 1989 n链霉菌属 Streptomyces spp n芽孢杆菌属 Bacillus spp Page 7 Types n根据来源不同 n组织谷氨酰胺转移酶 TTGase n微生物谷氨酰胺转移酶 MTGase n共同点 n底物类型相似 n活性中心都含有Cys残基 n活性中心氨基酸序列大致相同 n不同点 n同源性 n酶学特性 分子量 反应条件等 Page 8 Superiority of MTGase TTGase n
4、来源少 主要取自 动物肝脏 n量少 纯度低 n复杂的分离纯化程 序 n价格高昂 MTGase n来源简单 可以大 规模生产 n热稳定性 酸碱耐 受性高 n不依赖于Ca2 激活 n更易于保存 Page 9 Production and preparation Page 10 Production and preparation Production and preparation n 1959年 Waeksch等最早分离出TGase 从豚鼠 肝脏中分离出来 n 长期以来 猪肝脏一直是TGase的唯一来源 使 TGase的价格相当昂贵 无法用于大规模食品加工 n 1989年 Ando等人土壤中筛选
5、出Streptovercillium S 8112菌株 发现它可以产生MTGase Page 11 n 1993年 日本味之素公司利用该菌株以发酵法生 产出MTGase 开发出了TG K TG S TG B三 个TGase酶制剂品种 并投放市场 使TGase在 食品工业中迅速发展 n 国内学者开始研究具有自主知识产权的优良菌株 主要采用三种方法 诱变育种 优化发酵条件 和基因工程改造菌种 n 2003年 王璋等使用神舟4号飞船搭载进行空间 诱变育种 选育出突变的高产菌株 n 目前国内研发的菌株存在的主要问题 产酶量低 稳定性差 酶活不高 成本昂贵 Page 12 Production and
6、preparation 2 TGase的酶学特性 Page 13 Contents Page 14 Structure Reaction mechanism Reaction conditions Influencing factors 酶学特性 Structure Page 15 三种来源的TGase的结构示意图 红海鲷TGase人凝血因子XIIIMTGase Reaction mechanism 1 酰基转移反应 n酰基供体 羧酸酰胺基 n酰基受体 伯氨基 n作用 可以使蛋白质连接限制性氨基酸 n应用 提高蛋白质营养价值 Page 16 Reaction mechanism 2 蛋白质交联
7、反应 n酰基供体 羧酸酰胺基 n酰基受体 Lys残基的 氨基 n作用 使蛋白质分子发生交联 n应用 改变食物质地和结构 改善蛋白质 的物理性质 Page 17 Reaction mechanism 3 脱酰胺反应 n酰基供体 羧酸酰胺基 n酰基受体 水 n作用 脱酰胺形成谷氨酸残基 n应用 改变蛋白质等电点和溶解度 改善 食品风味 Page 18 Reaction conditions Page 19 Influencing factors Page 20 环境因素 TGase的来源 金属离子 蛋白质底物结构 TGase的来源 n 哺乳动物血浆和红血球中的TGase与茂原链轮丝 菌的MTGas
8、e相比 后者能催化更多的底物蛋白质 发生反应 且活力更高 n 血浆TGase和MTGase另一个不同之处在于 前者在 血液中以蛋白酶原形式存在 需要被凝血酶激活 而 后者则以它的活性形式存在 Page 21 金属离子 n MTGase的活性不依赖Ca2 而多数TTGase对Ca2 具 有依赖性 n 多数金属离子对TGase活性影响不大或没有影响 但Zn2 Cu2 Pb2 有很强的抑制作用 Page 22 Page 23 金属离子 来源 GUO JANETSAI SHANG MAYLIN SHANN TZONGJIANG 1996 n 酪蛋白和明胶等含有大量赖氨酸残基和谷氨酰胺 残基 容易在MT
9、Gase作用下发生交联 n 乳白蛋白等因为它们的结构更具有刚性 很难被 通过TGase催化作用发生交联反应 n 将一些还原性物质加入TGase反应系统后 能够 促进TGase催化交联反应的进行 因为这些还原 性物质能够改变蛋白质底物结构 这些还原性物 质主要包括二硫苏糖醇 DTT 半胱氨酸以及 亚硫酸盐等 Page 24 蛋白质底物结构 n 高温 n 过高过低的pH值 n 化学合成的TGase抑制剂 NEM N 甲基顺丁烯亚胺 阻断TGase活性中心Cys残基上的活性巯基 NH4Cl 通过NH42 直接抑制TGase催化的酰基转移反应 EDTA 乙二胺四乙酸 螯合Ca2 降低TTGase活性
10、对MTGase无影响 Page 25 环境因素 Page 26 TGase抑制剂 来源 GUO JANETSAI SHANG MAYLIN SHANN TZONGJIANG 1996 3 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 Page 27 鱼糜凝胶形成机理 n鱼糜制作的一般工艺 n原料鱼 前处理 水洗 采肉 漂洗 脱水 绞肉 擂溃 成型 加热 n冷冻鱼糜是主要的商品形式 在脱水后还要加 入抗冻剂 n鱼糜凝胶的形成 n凝胶化 50 以下 n凝胶劣化 50 70 n鱼糕化 70 Page 28 鱼糜凝胶形成机理 Page 29 TGase在鱼糜凝胶化过程中的作用 n肌球蛋白是形成鱼糜凝胶网络结构的
11、最主 要的蛋白质 n而肌球蛋白重链 MHC 又是其参与凝胶化 的最主要的部分 n在温度较低的凝胶化阶段 nTGase催化Lys残基的 氨基与Gln残基的 羧 酸酰胺基发生交联 n在分子内或分子间生成 Gln Lys异型肽键 n促使鱼肉蛋白质间产生架桥重组 形成交叉结 合的网络结构 Page 30 Page 31 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 来源 刘海梅 熊善柏 张丽 2008 Page 32 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 来源 S J T LLEZ LUIS等 2004 Page 33 来源 严菁 2003 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 来源 GUO JANETSAI SH
12、ANG MAYLIN SHANN TZONGJIANG 1996 Page 34 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 来源 杨青 2011 Page 35 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 来源 周爱梅 张祥刚 龚翠等 2009 Page 36 TGase对鱼糜制品凝胶特性的影响 来源 杨青 2011 4 TGase的应用展望 Page 37 TGase的应用展望 n 目前 TGase在食品加工中的主要应用集中在催 化蛋白质分子内或分子间交联 改善食品的口感 弹性以及凝胶强度等性质 n TGase除了催化蛋白质交联以外 还可以通过催 化转酰基 脱酰胺反应 提高食品的营养价值 改善食品的风味特性 但是 TGase催化的蛋白 质转酰基 脱酰胺反应在食品加工中的应用研究 还比较少 n TGase对蛋白质营养价值以及消化吸收的影响有 望成为新的研究热点 Page 38 Page 39
