[科普中國]-胰蛋白酶阻礙因子

簡介

大豆中含有一種毒性物質(zhì)，叫做胰蛋白酶阻礙因子(TI)。是在1944年發(fā)現(xiàn)的，一年后康尼茲( Kuntiz)成功地制成結(jié)晶。其性質(zhì)概括如下：等電點(diǎn)為4.5，與球蛋白相似，相對分子質(zhì)量21500，氨基酸殘基數(shù)為194，N末端是天冬氨酸，C末端是亮氨酸，含有兩個(gè)胱氨酸基而不含半胱氨酸基的鏈狀蛋白質(zhì)。但根據(jù)最近的研究證明，胰蛋白酶阻礙因子并非單一的蛋白質(zhì)，而是各種蛋白質(zhì)的混合物，其數(shù)目為4-7個(gè)，其中之一顯示出和康尼茲所制取的，TI有同樣的性質(zhì)。

阻礙機(jī)制作用由于康尼茲(Kunitz)提取了胰蛋白酶和TI混合物的結(jié)晶體，從而明確了它的阻礙作用的機(jī)制，它具有抑制小腸中胰蛋白酶活力的作用，因而食用后會(huì)妨礙食物中蛋白質(zhì)的消化、吸收和利用，其毒性是可引起胰腸肥大。在濕熱條件下加熱時(shí)，胰蛋白酶阻礙因子容易被破壞。所以在食品加工的實(shí)際問題上，它的毒性并不重要。但另一種觀點(diǎn)認(rèn)為大豆胰蛋白酶抑制素的熱穩(wěn)定性是大豆加工中最為關(guān)注的問題之一。胰蛋白酶抑制素的熱穩(wěn)定性比較高。在80℃時(shí)，其殘存活性仍在80%以上，而且增加熱處理時(shí)間并不能顯著降低其活性。因此要降低胰蛋白酶抑制素的活性需要繼續(xù)升高溫度，胰蛋白酶抑制素活性與加熱溫度、加熱時(shí)間的關(guān)系見圖1。從圖中可見，當(dāng)加熱溫度為100℃，加熱時(shí)間為10min時(shí)，胰蛋白酶抑制素的活性單位為13，當(dāng)加熱溫度為120℃，加熱時(shí)間為10min時(shí)，胰蛋白酶抑制素的活力單位只有3；從圖中還可以看出隨著加熱溫度的升高，加熱時(shí)間的延長，胰蛋白酶抑制素的活性單位逐漸變小，因此工業(yè)生產(chǎn)中可以根據(jù)不同需求而確定適宜的加熱溫度和加熱時(shí)間，使胰蛋白酶抑制素的活性降至生產(chǎn)所需達(dá)到的水平1。

TI在動(dòng)物體內(nèi)的作用動(dòng)物體內(nèi)的胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶是分解食物蛋白質(zhì)的專一蛋白酶。由于TI能分別與上述兩種蛋白酶活性中心專一性結(jié)合，使它們失去了分解蛋白質(zhì)的能力，由此引起蛋白質(zhì)消化率下降、營養(yǎng)效價(jià)降低。并導(dǎo)致消化不良、食欲下降、乃至生長停滯等不良反應(yīng)。但另有研究報(bào)道，在動(dòng)物飼料中加入預(yù)先消化過的蛋白質(zhì)或混合氨基酸制品后，TI仍能抑制動(dòng)物的生長。因此認(rèn)為，TI抑制胰腺中蛋白酶的活性不是導(dǎo)致動(dòng)物生長停滯的惟一原因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，TI本身就能引起動(dòng)物胰腺增大，從而加速刺激了胰腺分泌活性增加，促使胰腺機(jī)能產(chǎn)生亢進(jìn)，導(dǎo)致胰臟過度分泌蛋白水解酶，結(jié)果造成了動(dòng)物機(jī)體內(nèi)必需氨基酸的內(nèi)源性損失，進(jìn)而也就降低了蛋白質(zhì)本來的營養(yǎng)效價(jià)。另外，由于胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶均富含硫氨基酸，而當(dāng)胰腺腫大時(shí)，勢必要消耗更多的含硫氨基酸來合成補(bǔ)充胰臟中損失的蛋白酶，從而造成機(jī)體組織內(nèi)嚴(yán)重缺乏含硫氨基酸。又因大豆蛋白質(zhì)本來就缺少含硫氨基酸，如此，則使必需氨基酸的自行損耗較多，且又不能及時(shí)得到補(bǔ)給，結(jié)果使氨基酸的比例失調(diào)，很難維持動(dòng)物體內(nèi)的營養(yǎng)需求，必然也就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物的生長停滯。

胰腺的分泌是由其反饋抑制所調(diào)解控制的，而且此種抑制主要取決于小腸內(nèi)胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的含量。當(dāng)這兩種酶的量達(dá)到正常水平時(shí)，就會(huì)反饋抑制胰腺中蛋白酶的合成。反之，當(dāng)這兩種酶的含量下降到臨界值以下時(shí)，就會(huì)反射刺激胰腺來合成更多的酶。同時(shí)還認(rèn)為，胰腺內(nèi)蛋白酶的合成也可能是由激素性質(zhì)的腸促胰酶肽所調(diào)控。由此可以推論，TI引起甲狀腺腫大的機(jī)制可能在于TI與胰蛋白酶結(jié)合形成復(fù)合物后，蛋白酶的含量明顯降低，此時(shí)負(fù)反饋抑制失去作用，而腸促胰酶肽的活性增強(qiáng)，促使胰腺合成蛋白酶，此過程稱之為負(fù)反饋抑制作用的抑制，結(jié)果使胰腺機(jī)能亢進(jìn)而產(chǎn)生腫大。

一般認(rèn)為大豆中至少存在5種胰蛋白酶抑制劑，但至今只有兩種被分離純化出來，并得到較詳細(xì)的研究。1947年和1961年，Kunitz與Bowman - Birk分別提純了兩種胰蛋白酶抑制劑，它們在豆中的含量分別為1.4%和0.6%。后來人們用他們的姓氏分別命名了這兩種胰蛋白酶抑制劑，其性能見圖2。

上述兩種抑制劑的等電點(diǎn)都處在偏酸性范圍，Bowlnan - Birk抑制劑對熱、酸、胃蛋白酶的穩(wěn)定性及對胰凝乳蛋白酶的抑制作用均高于Kunitz抑制劑，這是因?yàn)榍罢呙磕柧哂?個(gè)脫氨酸殘基，而后者只有2個(gè)。胱氨酸殘基的二硫化物能有效地穩(wěn)定大分子結(jié)構(gòu)。胰蛋白酶抑制劑的毒性是可引起胰臟肥大2。