Извештај за трендот на хемијата во храната - Хелвиг - 2020 година - Вести за хемија - Интернет библиотека на Вајли
Апстракт
Во случај на оксидација на протеини, не се интересни само механизмите и производите за реакција, туку и тоа како тие влијаат на функционалните и сетилните својства на храната. Масената спектрометрија сè повеќе ја заменува неспецифичната УВ и флуоресцентна спектроскопија. И со насочени приоди на протеомика, не само што можат да се одредат индивидуални оксидирани аминокиселини, туку и селективно оксидирани триптички пептиди.
Lивеењето во кислородна атмосфера со себе носи несакани оксидации кои ја менуваат структурата и функционалноста на биомолекулите. Овие реакции се активираат од реактивни видови кислород (РОС), кои вклучуваат радикал на супероксид, водороден пероксид и особено реактивен радикал на хидроксил. Во живите клетки, антиоксидантните ензими како каталаза или супероксид дисмутаза го прават РОС безопасен, така што постои рамнотежа помеѓу формирањето и деградацијата на РОС. Ако рамнотежата се префрли во корист на формирањето на ROS, се зборува за оксидативен стрес. 1)
Храната е изложена на услови кои отстапуваат од физиолошката норма во однос на температурата, pH вредноста или околниот медиум. Затоа, се јавуваат реакции при преработка и чување храна, од кои многу се уште не се познати. Познавањето на нив може да помогне да се разберат функционалните промени на протеините предизвикани од оксидација. Покрај тоа, односите структура-ефект можат да се препознаат на овој начин.
Се појавуваат радикали
Како и кај липидната пероксидација, може да се дефинираат реакции на ланец на почеток за радикална оксидација на протеини, во кои се формираат протеински радикали (Слика 1). 2) Во алифатичните странични ланци, кислородот може да се додаде во таквите радикали, формирајќи радикали на пероксил кои понатаму реагираат и формираат хидропероксиди. За време на размножувањето, радикалите можат да се пренесат во рамките на протеинот. Хидропероксидите се стабилни до неколку часа, но на крајот се деградираат на хидрокси или кето соединенија (Слика 2).
Хидрокси соединенијата се формираат и при оксидација на ароматични странични ланци на аминокиселини, како што се фенилаланин, тирозин или триптофан. Димеризацијата на протеинските радикали доведува до вкрстено поврзување. Покрај радикалите, се случуваат и оксидации на 2 - електрони, на пример на метионин, при што се формираат метионин сулфоксид и метионин сулфон (Слика 2). 2) Некои оксидирани аминокиселини се јавуваат како меѓупроизводи во биохемиски релевантни метаболички патишта, како што е ароматичната аминокиселина кинуренин, метаболички интермедијар при распаѓање на триптофан.
Во последниве години, работата на одделни производи се фокусираше на вкрстено поврзување предизвикано од оксидација, со структури како што е производот за вкрстено поврзување на хистидин, прикажан на Слика 2, кој се добива главно од масено-спектрометриски податоци. 3) Синтезата и карактеризацијата на супстанциите сè уште се чека. Покрај тоа, се опишани нови патеки на реакција, како што е каталитичката улога на метионин во реакциите на расцепување на пептиди, во кои тиоетер групата пренесува оксидативно оштетување на 'рбетниот столб (Слика 3). 4)
Ефекти на оксидација на протеини во храната
Храната оштетена од липидна пероксидација може да се препознае според нивните сензорни својства: Имаат вкус на расипан вкус. Производите на оксидација на протеини се многу помалку забележливи за сетилата, но и тие можат да ја променат аромата. На пример, млекото и пивото имаат вкус на светло кога оваа храна е изложена на сончева светлина. Фотооксидацијата на метионин ослободува средни тилови радикали, кои можат да се затемнат до диметил дисулфид (Слика 4). 5) Во пивото, испарливиот 3-метилбут-2-ен-1-тиол може да се формира по реакција со производи за разградување на горчливи материи од хме. 5)
Во некои земји на ЕУ, но не и во Германија, рибите и живината може да се третираат со јонизирачко зрачење за зачувување. Ова создава диметил трисулфид, кој се формира кога се распаѓаат аминокиселините што содржат сулфур. 6) Испушта мирис опишан како „гнил“.
Во прилог на аромата, функционалните својства се менуваат преку оксидација на протеини: Вкрстено поврзување предизвикано од оксидација, пред се поради цистин, ја намалува нежноста и сочноста на мускулното месо. 7)
Ензимските системи со антиоксидантно дејство обично се многу помалку активни во храната отколку во живите системи или се инактивираат со обработка (термичка обработка, промена на pH). Така, протеините во преработената храна се подложни на оксидативна деградација отколку во физиолошки услови. Со цел да се инхибира пероксидацијата на липидите, достапни се антиоксиданти кои, поради нивните слични структури, реагираат со ROS толку брзо како липидите и формираат мезомерни стабилизирани радикали. Меѓутоа, бидејќи некои супструктурни елементи на протеини, како што се тиол или тиоетер групи, реагираат побрзо со ROS отколку реално растворливите во масти антиоксиданти, 9) антиоксидантите за липиди не можат да спречат оксидација на протеини.
Поради ниските сензорни ефекти на оксидацијата на протеините во споредба со липидната пероксидација, овие реакции можат да бидат корисни: Реакции на вкрстено поврзување предизвикано од оксидација, кои не се пожелни во месните производи, имаат ефект на стабилизирање на емулзија и гел во храната како што е јогуртот. На пример, оксидацијата на протеини ја подобрува текстурата на вегански и вегетаријански производи базирани на протеини. 10)
Оксидација на протеини: распаѓајте и поработете се
Малку податоци се достапни за концентрацијата на производи за протеинска оксидација во храната. Веќе неколку години, постои зголемен интерес за индивидуални оксидирани аминокиселини и групи на супстанции во храната, претежно користејќи методи од анализа на протеинска оксидација in vivo. Досега, индивидуалните структури главно беа евидентирани само со мал број примероци. 11,12) За веродостојни проценки на изложеноста, потребно е проширување на базата на податоци.
Методот на обработка е одлучувачки за информативната вредност на анализите на оксидацијата на протеините. Со цел да се анализираат индивидуалните оксидирани аминокиселини, потребно е да се отстранат од склопот на протеини со хидролиза (Слика 5). Ова обично се прави со употреба на ензимска или хидролиза на хлороводородна киселина.
Особено при примена на методи од физиолошка хемија до тестови за храна, методите мора да бидат потврдени за соодветните матрици. Ова е особено тешко при испитување на храна со силно различно влијание на матрицата. На пример, протеините во храната кои се обработуваат на високи температури и алкални pH вредности имаат тенденција да ги поврзуваат ковалентно. Ова е местото каде ензимската хидролиза ги достигнува своите граници.
Некои производи за оксидација не се стабилни во киселина, така што стандардните процеси како што е хидролиза на хлороводородна киселина не се соодветни за овие производи. Хидролиза на солна киселина може да ги доведе во заблуда нејзините производи за реакција, како што се метионин сулфоксид од метионин.
Измерете ги протеинските карбонили
Во минатото, протеинските карбонили се одредуваа без доволно да се земат предвид границите на нивната анализа. Определувањето на карбонилите на протеините се заснова на реакцијата на 2,4 - динитрофенилхидразин (DNPH) со карбонилни групи на протеините; тоа се главно производи ализин и γ - глутамилсемилдехид (Слика 2, стр. 55). 13) Одлучувачка предност на анализата на карбонилација: Не е потребно да се хидролизира протеинот, што може да предизвика артефакти. Сепак, во анализата се вклучени само растворливи протеини, а анализата на карбонилација опфаќа само некои промени што се јавуваат кај протеините поради оксидација. Не сите оксидирани аминокиселини имаат карбонилна структура (Слика 2).
Авторите на неодамнешните публикации сè повеќе снимаат индивидуални оксидирани аминокиселини во храната. 11,14) Вкупната содржина на одделни аминокиселини се утврдува откако ќе се идентификуваат хидролиза на протеините и индивидуалните оксидирани странични ланци кои лесно се оксидираат.
Како што покажува анализата на индивидуалните оксидирани аминокиселини, метионин сулфоксид е доминантна оксидирана аминокиселина во храната; Оксидацијата на метионин е значително помала во физиолошки услови. 11.14)
До три четвртини од остатоците од метионин во храната и добиточната храна може да се оксидираат. 2.12) Под физиолошки услови, метионин сулфоксид редуктазите ја намалуваат акумулацијата на метионин сулфоксид. Веројатно заради такви ензими и поради условите на кои се изложени протеините во храната при преработката, спектарот на оксидирани аминокиселини во храната значително се разликува од оној во живите системи.
Протеомика
Друг начин да се анализираат одделни соединенија е да се користат методи базирани на протеомика. Протеините се ензимски хидролизирани во пептиди, на пример со трипсин, одделени со течна хроматографија и идентификувани со масена спектрометрија со висока резолуција. Степенот на оксидација на пептидите може да се одреди со користење на биоинформатички софтвер за проценка, како и позицијата на оксидацијата, а со тоа и индивидуалната оксидирана аминокиселина во спектрите на фрагментација. 15)
Овој метод најмногу се користи за млеко, млечни производи, месо и месни производи. Се покажа дека спектарот на оксидирани аминокиселини во храната е значително поголем отколку што беше претходно утврден по вкупната хидролиза на протеините. 15)
Најновиот развој на редокс протеомиката комбинира обележување на карбонилни групи и селективна изолација на производи за реакција со масено-спектрометриски методи со висока резолуција. 16,17) Покрај тоа, оксидацијата на одделни протеини може да се открие ако тие први се одделат електрофоретски, а потоа се пренесат на мембраната со помош на техниката Western blot. Таму тие потоа реагираат со динитрофенилхидразин, а добиените протеински хидразони може да се детектираат визуелно или имунохемиски.
Ефекти врз луѓето
Како и со многуте хемиски реакции во храната, за оксидацијата на протеините се расправа и за тоа дали тоа претставува здравствени ризици. Некои научници тврдат дека внесувањето на производи за оксидација на протеини од храната е „тивка закана за здравјето на луѓето“. 18)
Оксидираните протеини во исхраната можеби не се сварливи и можат да пренесат оксидативно оштетување на луѓето. 2.18) Со цел да се воспостават врски структура-активност тука, потребно е да се открие колку луѓето се изложени на индивидуалните оксидирани протеини и аминокиселини. Ова мора да вклучува реакции на оксидација кои се случуваат само во дигестивниот тракт.