FSHW | 虹鳟鱼的美味机制：虹鳟鱼中的鲜味肽的鉴定及作用机制

Introduction

鲜味作为五种基本味觉之一，可以带给人们愉悦的感觉。鲜味可归因于有机酸、游离氨基酸、核苷酸、有机碱基、美拉德反应产物和某些肽。鲜味肽作为近年来提出的一种新的鲜味物质，可以与人类味蕾上的鲜味受体相互作用，从而表现出一定的鲜味特征，因此，发现鲜味肽对于制备新的鲜味调味品或鲜味食品具有重要意义。

鲜味是由鲜味物质与位于味蕾中的鲜味受体之间的相互作用产生的。目前，已经鉴定出两种主要的鲜味受体： 异二聚体T1R1 / T1R3和味觉代谢型谷氨酸受体4（mGluR4）。两者都是C型G蛋白偶联受体（GPCR），由N端捕蝇器结构域（VFTD），细胞外富含半胱氨酸的结构域（CRD）和7 个跨膜结构域（TMD）组成，其中VFTD主要负责识别鲜味配体。T1R1/ T1R3信号介导对鲜味的产生起着至关重要的作用，并能对大多数氨基酸作出响应。因此，T1R1 / T1R3被认为是最佳的鲜味受体, 加强对鲜味受体T1R1/T1R3识别机制的研究，可以加深对鲜味肽结构特征的认识，为新鲜味肽的筛选、鉴定和设计提供理论依据。

传统的分离和鉴定鲜味肽的方法集中在使用超滤、凝胶过滤色谱法和反相高效液相色谱法。鲜味肽的分离和制备主要是基于经典传统的实验方法，需要大量的工作和成本。基于计算机科学研究的进步，鲜味肽的筛选和鉴定变得越来越方便。虚拟筛选方法能省时和节约成本，可以在一定程度上替代传统的鲜味肽筛选方法。PeptideCutter在线酶解程序可用于预测某些代表性蛋白质释放的肽序列。分子对接是指两个分子通过结构互补和能量匹配相互识别。这是受体和配体之间复杂相互作用和虚拟筛选的有用工具。目前，分子对接已被广泛用于模拟配体和受体之间的相互作用，并已被证明是计算机辅助受体-配体结合预测鲜味肽的重要工具。 虹鳟鱼味道鲜美，含有丰富的风味物质，最早从朝鲜传入中国。 虹鳟鱼的伴肌动蛋白含有大量的氨基酸，通过水解鉴定了许多具有多种生物活性的肽。它可以用作鲜味肽的潜在来源。

海南大学食品科学与工程学院赵文竹副教授，于志鹏副教授等以虹鳟鱼伴肌动蛋白为研究对象，结合虚拟筛选，分子对接和电子舌体外验证技术筛选和鉴定新的鲜味肽，并揭示了鲜味肽和鲜味受体T1R1/T1R3相互作用的分子机制。 这项工作可能有助于从鱼类资源中发现新的鲜味肽。

Results and discussion

活性肽和 T1R1/T1R3 的分子对接分析

分子对接技术可被用于研究鲜味肽和味觉受体T1R1/T1R3以揭示鲜味成分的味觉机制。研究表明，T1R1亚基主要负责鲜味物质的识别，而T1R3亚基则负责其他辅助功能。潜在鲜味肽与T1R1 的对接能量如表 1 所示。分子对接结果表明，较低的“CDocker-Energy”代表肽与 T1R1/T1R3 之间的亲和力更高。在具有良好水溶性和无毒特性的 332 种肽中，20 种肽的对接能最低。因此，根据CDocker Enegry值选择了20 个肽段ENQK、DYEK、EEAK、DVEK、DMGK、EEGK、DFNK、DHVK、EANK、DFHK、SEVK、EMQK、DYQK、NEVK、DSSAK、DWDK、QSDK、ENTK、AYEK、ASGEK。这20个肽段的CDocker Enegry值依次上升，其中最低的CDocker Enegry值为ENQK，最高的CDocker Enegry值为ASGEK，分别为-119.089和-104.807 kcal/mol。已被报道的鲜味肽 QEEL、LEQL、ESLA、INEL、EESLA 和 VVGET 对 T1R1 的 CDocker 能量值分别为 -95.389、-91.955、-88.292、-82.795、-89.564 和 -75.024 kcal/mol。已被报道的鲜味肽的CDocker Enegry值均高于ASGEK，说明所选的20个肽与T1R1/T1R3有很强的亲和力。鲜味特性主要是通过酸性和碱性基团之间的相互作用，通常含有谷氨酸和天冬氨酸残基。此外，多肽N端带有谷氨酸（E）的小肽具有更强的鲜味。因此，选择并合成了3 种四肽 EANK、EEAK 和 EMQK 用于进一步研究。

表1肽的分子对接结果

鲜味肽与T1R1/T1R3的相互作用机制分析

3 种四肽与鲜味受体T1R1/T1R3的分子对接结果如图1-3所示。分子对接结果显示四肽与鲜味受体T1R1/T1R3周围残基之间的相互作用，包括盐桥、静电相互作用、常规氢键、碳氢键和pi-烷基相互作用。图1显示，残基ARG277、GLU52、ARG307、SER248与肽EANK形成氢键;此外，ASP218、ARG151、GLU70与EANK形成静电相互作用。四肽EEAK通过氢键与T1R1/T1R3周围残基ARG277、GLU278、ARG307、SER148和THR149相互作用；与 LYS328, ASP147, ARG151形成静电相互作用 (图2)。四肽EMQK通过氢键与ARG151、GLU52、HIS398、ARG307、THR149、LYS328和TYR220相互作用;与ASP147、GLU301和GLU70形成静电相互作用 (图3)。在氢键、疏水相互作用、静电相互作用和范德华相互作用中，氢键和静电相互作用往往是配体与受体相互作用的基本因素。因此，在这项研究中，氢键和静电相互作用是重要的相互作用力。此外，氨基酸残基Arg277、Arg151、Asp147和Gln52一直是鲜味肽与T1R1的对接位点。Arg151出现频率最高，其次是Asp147和Gln52。这表明，氨基酸残基Arg277、Arg151、Asp147和Gln52可能在鲜味的产生中起关键作用。

（A） 结合部位的三维氢键表面图。（B） EANK肽与T1R1/T1R3相互作用的二维平面图。

图1EANK肽与T1R1/T1R3相互作用的对接

（A） 结合部位的三维氢键表面图。（B） EEAK肽与T1R1/T1R3相互作用的二维平面图。

图2EEAK肽与T1R1/T1R3的相互作用对接

（A） 结合部位的三维氢键表面图。（B） EMQK肽与T1R1/T1R3相互作用的二维平面图。

图3EMQK肽与T1R1/T1R3的相互作用对接

Conclusion

从虹鳟鱼的伴肌动蛋白鉴定出3 种新的鲜味肽 EANK、EEAK 和 EMQK。分子对接结果表明，肽EANK、EEAK和EMQK可以进入T1R1腔的结合口袋，其中Arg151、Asp147、Gln52和Arg277可能在鲜味的产生中起关键作用。氢键和静电相互作用是配体和受体相互作用的关键相互作用力。 这项工作有助于了解 虹鳟鱼的美味机制以及从鱼类资源中发现新的鲜味肽。

第一作者简介

赵文竹，博士，副教授、硕士生导师。目前主要研究的方向包括借助计算机辅助靶向筛选果蔬活性因子、糖蛋白结构的鉴定及果蔬类功能性产品的开发；主持国家自然科学基金、参与国家重点研发计划专项和省科技厅项目，2014-2019年获得多项省自然学术成果奖及市自然学术成果奖。以第一或通讯作者发表科研论文50余篇，其中SCI检索论文20余篇；授权有关果蔬糖蛋白、活性多肽等国家发明专利5项，完成成果转化1项。现任Food Chemistry, Food Hydrocolloids 及Journal of the Science of Food and Agriculture等SCI检索期刊的评审专家。

通信作者简介

于志鹏，博士，副教授、硕士生导师。研究主要集中于ACE抑制肽（降血压活性肽）、降血糖活性肽和抗老年痴呆活性肽的酶解制备、结构鉴定；基于分子模拟的作用机制及稳态化保护机制研究；基于食品组学技术探究活性肽的体内作用机制。主持国家自然科学基金项目、国家十三五重点研发计划任务、辽宁省科技厅和教育厅等项目。目前，以第1 作者/通讯作者发表SCI 检索论文43 篇（其中中科院JCR 大类分区一区19篇）；申请有关活性肽等功能因子的国家发明专利50项，其中以第1 发明人获得授权专利14项，完成成果转化1项。

Virtual screening, molecular docking and identification of umami peptides derived from Oncorhynchus mykiss

Wenzhu Zhaoa, Lijun Sub, Shitong Huob, Zhipeng Yua,*, Jianrong Lib, Jingbo Liuc

a School of Food Science and Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China

b College of Food Science and Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China

c Lab of Nutrition and Functional Food, Jilin University, Changchun 130062, China

*Corresponding author.

E-mail address: yuzhipeng20086@sina.com

Abstract:

Oncorhynchus mykiss is delicious and contains abundant flavor substances. However, few studies focused on umami peptides of O. mykiss. In the current work, umami peptides derived from O. mykiss were identified using virtual screening, molecular docking, and electronic tongue analysis. First, the O. mykiss protein was hydrolyzed using the PeptideCutter online enzymolysis program. Subsequently, water-soluble and toxicity screening were performed by Innovagen and ToxinPred software, respectively. The potential peptides were docked with umami receptor T1R1/T1R3. Furthermore, taste properties of potential peptides were validated by electronic tongue. Docking results suggested that the three tetrapeptide EANK, EEAK, and EMQK could enter the binding pocket in the T1R1 cavity, wherein Arg151, Asp147, Gln52, and Arg277 may play key roles in the production of umami taste. Electronic tongue results showed that the umami value of EANK, EEAK, and EMQK were stronger than monosodium glutamate. This work provides a new insight for the screening of umami peptides in O. mykiss.

Reference:

ZHAO W Z, SU L J, HUO S T, et al. Virtual screening, molecular docking and identification of umami peptides derived from Oncorhynchus mykiss[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(1): 89-93. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.026.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

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