利用定量构效关系模型研究抗氧化肽构效关系

抗氧化肽由于具有自由基清除活性成为食品领域的研究热点。本课题采用氨基酸表征和肽段表征、物化表征和量化表征相结合的方法，利用定量构效关系（QSAR）模型揭示抗氧化肽的构效关系。根据氨基酸表征的QSAR模型，从物理化学的角度阐释抗氧化肽的序列特征，揭示肽段各位置氨基酸的疏水性、电负性以及空间位阻对抗氧化活性的影响；通过肽段表征的QSAR模型揭示肽段的物化性质和立体构象对活性的影响；根据自由价指数,氢质子解离能等量化参数确定肽的活性位点；根据量子化学参数及其QSAR模型从热力学和分子轨道理论阐释肽的自由基清除的机制。在此基础上设计、合成一组系列寡肽，对抗氧化肽的构效关系进行检验和修正。本研究的目的在于通过QSAR模型阐释抗氧化活性肽的序列特征、活性位点和自由基清除机制，解决当前抗氧化肽领域存在的结构特征不明确的问题，为抗氧化肽的预测、蛋白质资源的筛选、以及抗氧化肽的酶解制备技术提供理论依据。

采用组合化学的方法研究抗氧化构效关系，所需合成肽段的数量巨大，成本高，难以完成目标。本项目首次采用生物信息技术和数学模型相结合的方法，在多种抗氧化评价体系中建立了定量构效关系（QSAR） 模型，并从物理化学的角度阐释了抗氧化肽的序列特征。研究成果如下：.1）建立了来源广泛的抗氧化肽样本数据库 总样本量在300个活性肽。抗氧化肽样本的来源涵盖了动植物、水产品以及牛乳、蜂王浆等。肽段的长度在从二肽到二十肽。抗氧化性的检测方法涵盖了脂质氧化体系、TEAC、ORAC以及超氧自由基等。.2）描述符数据库的建立和描述符的筛选 收集整理了18种氨基酸描述符。这些氨基酸描述符主要分为2D和3D两种描述符。描述符的筛选的标准为：QSAR模型的R2>0.6和Q2>0.5。研究发现，抗氧化肽在脂质氧化体系和水溶性体系中的表现有很大的差异。对于脂质体系抗氧化肽，筛选出DPPS、HESH、ISA-ECI、VHSE等氨基酸描述符，其中DPPS描述符拟合效果最好。对于自由基体系的抗氧化肽数据库（TEAC， ORAC均为水系），VHSE氨基酸描述符最为合适，对超氧自由基数据库，DPPS则更为合适。.3）表征方法的创新 目前的表征方法，局限于对同等长度的肽段建模。我们提出了TTPN表征技术，突破了等长肽段建立模型的局限，实现基于不同长度的肽段建立QSAR预测模型；不仅QSAR模型的预测能力优良，而且根据模型得出的活性肽结构特征更加易于解释。采用这种新方法的研究成果发表了4篇 SCI，在本领域得到公认。.4）建立了脂质氧化体系中抗氧化肽的QSAR 模型 首次提出与C端氨基酸相邻位置氨基酸的氢键对抗氧化肽的活性起了关键作用。其次是N-端氨基酸的疏水性和电性。并阐释了抗氧化活性肽的序列特征，填补了抗氧化肽构效关系领域的研究空白。.5）建立了抗氧化肽的QSAR 模型 研究发现，肽的结构特征为低电性高疏水性，具有如此的结构特征在自由基体系中，其活性更易发挥出来。在氨基酸序列中，C端片段比N端片段更重要，而关键的位点是中心位置上的氨基酸属性和两端（C,N-端）位置的氨基酸属性，而不仅是目前提出的N端氨基酸。.6） 模型的验证与理论的阐释 根据QSAR模型阐释了抗氧化肽的序列特征预测并验证了20余个高活性序列。 .7） 开发了抗氧化肽活性预测软件，具有很好的定量预测能力。