Bioaktywne peptydy – wprowadzenie

Białka zaliczane są do podstawowych składników odżywczych, których wartość jest oceniana pod kątem takich kryteriów jak np.: zawartość aminokwasów egzogennych i regulacja procesów metabolicznych, wpływ spożytego białka na masę ciała, czy właściwości alergenne. Poza wymienionymi właściwościami białek, mogą one stanowić źródło biologicznie aktywnych peptydów (in. biopeptydów; bioaktywnych peptydów).

Zainteresowanie naukowców peptydami bioaktywnymi, w tym pochodzących z białek żywności sięga II. połowy XX wieku, zaś określono  je jako fragmenty, które powstają w wyniku hydrolizy enzymatycznej białek, następnie oddziałują z odpowiednimi receptorami organizmu i regulują jego funkcje. Aktualnie zdefiniowano ponad kilkadziesiąt rodzajów aktywności biologicznych peptydów a liczba zidentyfikowanych sekwencji wciąż rośnie. Każdego roku pojawiają się informacje na temat nowych peptydów, ich nowych aktywności, czy nowych źródeł pochodzenia (czyli białek). Niemniej, najczęściej identyfikowane są peptydy o aktywnościach obniżania ciśnienia krwi (peptydy przeciwnadciśnieniowe), regulującej poziom cukru we krwi (peptydy antydiabetyczne), czy antyoksydacyjne. Peptydy też mogą kształtować wrażenia smakowe - na przykład wiele z nich charakteryzuje się smakiem gorzkim i  zidentyfikowano je w białkach mleka czy soi. Inne rodzaje aktywności peptydów pochodzących z żywności przedstawiono na Rys. 1.

Rys. 1. Przykłady aktywności biologicznej peptydów pochodzących z białek żywności.

Przykłady bioaktywnych peptydów pochodzących z białek mięsa

Jak wspomniano wyżej, biopeptydy powstają m. in. w wyniku hydrolizy enzymatycznej białek, czyli procesu ich rozpadu pod wpływem enzymów, co prowadzi do powstania krótszych fragmentów, inaczej peptydów. Najczęściej stosowanymi enzymami stosowanymi do hydrolizy białek, a tym samym pozyskiwania biopeptydów, są pepsyna, trypsyna, papaina, bromelaina, ficyna, czy termolizyna. Zastosowanie tych enzymów pozwoliło na identyfikację biopeptydów w hydrolizatach  m. in. białek mleka, mięsa różnych gatunków zwierząt, ryb, jaj, zbóż, roślin strączkowych oraz nasion oleistych.

W organizmach zwierzęcych można wyróżnić dwa naturalnie występujące bioaktywne peptydy:  karnozynę oraz anserynę. Oba są dipeptydami (cząsteczkami zbudowanymi z dwóch aminokwasów) i są uznawane za naturalny „czynnik długowieczności” w profilaktyce schorzeń związanych z procesem starzenia. Uchodzą one za atrakcyjne z konsumenckiego punktu widzenia, gdyż są one dostarczane organizmowi w sposób naturalny z dietą (w tym wypadku spożyciem mięsa).

Najnowsze badania wykazują, że poza wymienionymi, naturalnie występującymi w mięsie biopeptydami, białka mięsa stanowią źródło bioaktywnych peptydów. Ich aktywność biologiczną peptydów potwierdzono w badaniach eksperymentalnych (in vitro i in vivo). Zainteresowanie naukowców w tej dziedzinie dotyczy również mięsnych produktów regionalnych. Takim produktem jest na przykład  surowa szynka hiszpańska. Wykazano w niej  obecność peptydów obniżających ciśnienie krwi. Peptydy te były obecne w wodnych ekstraktach hydrolizatów szynki serrano, a efekt ich działania potwierdzono w badaniach na szczurach obciążonych nadciśnieniem, którym podawano 1 mg/cm³ ekstraktu, a po 8 tygodniach zaobserwowano spadek ciśnienia krwi o 62 mmHg. Ponadto stwierdzono, że wśród zidentyfikowanych peptydów obecnych w ekstraktach pozyskanych z szynki hiszpańskiej, sekwencja Ala-Ala-Ala-Tre-Pro wykazywała największy efekt przeciwnadciśnieniowy.

Ekstrakty szynki serrano badano także w kierunku poszukiwania peptydów antydiabetycznych, czyli  regulujących poziom cukru we krwi. Wykazano, że peptydy o sekwencjach Lys-Ala, Ala-Ala, Gly-Pro, Pro-Lys, Ala-Ala-Ala-Thr-Pro, Ala-Ala-Ala-Ala-Gly, Ala-Leu-Gly-Gly-Ala oraz Lys-Val-Ser-Gly-Met, które zidentyfikowano w tym produkcie, pełniły rolę inhibitorów dipeptydylopeptydazy IV, tj. biopeptydów odpowiedzialnych za obniżanie poziomu cukru we krwi.

Studia na szczurach obejmowały również badania miozyny wieprzowej. Udowodniono, że termolizynowe hydrolizaty łańcucha ciężkiego miozyny wieprzowej są źródłem pentapeptydów (cząsteczek zbudowanych z 5. reszt aminokwasowych) o następujących sekwencjach: Met-Asn-Pro-Pro-Lys oraz Ile-Tre-Tre-Asn-Pro. Karmienie szczurów dawką 1mg wymienionych peptydów na 1kg masy ciała powodowało redukcję ciśnienia krwi o odpowiednio 23,4 oraz 21 mmHg. Właściwości obniżania ciśnienia krwi pod wpływem wymienionych pentapeptydów potwierdzono także w badaniach na myszach.

Białka mięśni szkieletowych wieprzowiny okazały także się źródłem peptydów obniżających ciśnienie krwi. Przykładowo w hydrolizacie pepsynowym miozyny potwierdzono obecność inhibitora enzymu konwertującego angiotensynę (reduktora ciśnienia krwi) o sekwencji Lys-Arg-Val-Ile-Tre-Tyr. Peptyd ten obniżał ciśnienie krwi szczurów o 23 mmHg po 6 godzinach od momentu podania. Wykazano także, że aktywność peptydu Lys-Arg-Val-Ile-Tre-Tyr nie uległa zanikowi pod wpływem obróbki termicznej hydrolizatu.

Peptydy o potencjale obniżania ciśnienia krwi zidentyfikowano w wołowym kolagenie skóry poddanym hydrolizie z udziałem następujących preparatów enzymatycznych  Alcalase, Neutrase, Pronase E oraz enzymów: α-chymotrypsyny i trypsyny. W uzyskanym hydrolizacie stwierdzono obecność dwóch peptydów czyli Gly-Pro-Val oraz Gly-Pro-Leu.  

Peptydy obniżające ciśnienie krwi zidentyfikowano w tkance mięśniowej kurcząt  (peptyd Gly-Phe-Hyp-Gly-Tre-Hyp-Gly-Leu-Hyp-Gly-Phe; Hyp – aminokwas hydroksyprolina) oraz kolagenie (Ala-Hyp-Gly-Leu-Hyp-Gly-Pro; Gly-Ala-Hyp-Gly-Pro-Ala-Gly-Pro-GlyGly-Ile-Hyp-Gly-Glu-Arg-Gly;  Gly-Leu-Hyp-Gly-Ser-Arg-Gly-Glu-Arg-Gly-Glu-Arg-Gly-Leu-Hyp-Gly oraz Gly-Ile-Hyp-Gly-Glu-Arg-Gly-Pro-Val-Gly-Pro-Ser-Gly). Wszystkie wymienione sekwencje obniżały ciśnienie u szczurów genetycznie obciążonych tą chorobą.

Jak widać na podanych przykładach, stosunkowo dużo peptydów zidentyfikowanych w białkach mięsa to peptydy obniżające ciśnienie krwi. Peptydy o wymienionej aktywności są najczęściej identyfikowane w białkach żywności (i ich hydrolizatach). Wynika to z ich budowy chemicznej. Najczęściej są one zbudowane z takich aminokwasów jak Val, Leu, Ile, Phe, czy Pro. Obecność tych aminokwasów w żywności zwiększa prawdopodobieństwo identyfikacji peptydów w materiale źródłowym (białku).

Białka mięsa są ponadto źródłem peptydów antyoksydacyjnych. Obecność peptydów o wymienionej aktywności wykazano w wieprzowinie (źródło: białka miofibryli poddane hydrolizie papainą oraz preparatu Actinase E). W hydrolizatach wieprzowiny zidentyfikowano sekwencje: Asp-Ser-Gly-Val-Tre (białko źródłowe – aktyna), Glu-Glu-Leu-Asp-Asn-Ala-Leu-Asn (białko źródłowe – tropomiozyna) czy Val-Pro-Ser-Ile-Asp-Asp-Gln-Glu-Glu-Leu-Met (białko źródłowe – łańcuch ciężki miozyny), które charakteryzowały się zdolnością antyoksydacyjną wyrażoną m. in. hamowaniem procesów utleniania kwasu linolowego, chelatowania metali, czy oddziaływania z rodnikiem DPPH (2,2-difenylo-1-pikrylohydrazylem).  Antyoksydacyjny efekt wykazywał również peptyd o sekwencji Gln-Gly-Ala-Arg i jego pochodna Gln-Gly pochodzące z kolagenu wieprzowego.

Peptydy antyoksydacyjne zidentyfikowano w bulionie drobiowym – tradycyjnej potrawie kuchni chińskiej. Zidentyfikowano w nim peptydy His-Val-Tre-Glu-Glu oraz Pro-Val-Pro-Val-Glu-Gly-Val wykazujące zdolność redukcji jonów żelaza, hamowania utleniania kwasu linolowego czy oddziaływania z rodnikiem DPPH. Z kolei zastosowanie papainy pozwoliło na uwolnienie z białek sarniny antyoksydacyjnych peptydów o następujących sekwencjach: Met-Gln-Ile-Phe-Val-Lys-Tre-Leu-Tre-Gly oraz Asp-Leu-Sr-Asp-Gly-Glu-Gly-Val-Leu. Efekt antyoksydacyjny wymienionych peptydów polegał na m. in. hamowaniu rodników nadtlenkowych.

Wymienione przykłady wskazują na potencjał białek mięsa jako źródła bioaktywnych peptydów, niemniej nie wyczerpują tematu. Na świecie pojawia się wiele doniesień naukowych o zidentyfikowaniu nowych sekwencji w białkach źródłowych (np. białkach mięsa). Należy jednak pamiętać, że o aktywności biologicznej peptydów decyduje wiele czynników jak np. ich biodostępność, odporność na dalszą hydrolizę w przewodzie pokarmowym, co może mieć związek z ewentualną utratą aktywności. Czynniki te decydują o wprowadzeniu na rynek konsumencki żywności działającej prozdrowotnie. Takich produktów w stosunku do biopeptydów zidentyfikowanych w białkach żywności jest mniej. W przypadku produktów mięsnych jest to wspomniana fermentowana szynka hiszpańska czy handlowy preparat o nazwie “Brand’s Essence of Chicken”. Oba produkty zawierają peptydy o potwierdzonym działaniu redukcji ciśnienia krwi.

Trendy  badania biopeptydów w żywności

Obecnie można wyróżnić trzy strategie badania białek jako źródła bioaktywnych peptydów. Są to następujące kierunki badawcze: klasyczny, bioinformatyczny oraz hybrydowy. Pierwszy obejmuje badania typowo laboratoryjne, czyli wyizolowanie białka z żywności, poddanie go hydrolizie, określenie aktywności hydrolizatu oraz identyfikację peptydów. Drugi kierunek polega na analizie komputerowej białek jako źródła biopeptydów. Do tego celu wykorzystuje się bazy danych sekwencji białek oraz bioaktywnych peptydów. Jedną z nich jest powstała w Katedrze Biochemii Żywności baza danych BIOPEP-UWM. Umożliwia ona poszukiwanie w sekwencjach białek peptydów bioaktywnych, czy przewidywanie możliwości uwolnienia peptydów z białek pod wpływem zastosowania enzymów proteolitycznych. Jest to kierunek wspomagający badania laboratoryjne. Z kolei strategia badań hybrydowych jest połączeniem kierunku klasycznego z bioinformatycznym. Badania bioinformatyczne są weryfikowane w układzie laboratoryjnym, co pozwala na kompleksowe spojrzenie na zagadnienie białek żywności jako źródła peptydów bioaktywnych

prof. dr hab. inż. Anna Iwaniak

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Wydział Nauki o Żywności, Katedra Biochemii Żywności, Pl. Cieszyński 1, 10-719 Olsztyn, e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Literatura

Darewicz M., Borawska J., Minkiewicz P., Iwaniak A., Starowicz P., 2015. Biologicznie aktywne peptydy uwalniane z białek żywności. ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 3 (100), 26 – 41.

Iwaniak A., Darewicz M., Mogut D., Minkiewicz P., 2019. Elucidation of the role of in silico methodologies in approaches to studying bioactive peptides derived from foods. Journal of Functional Foods, 61, No. 103486.

Iwaniak A., Minkiewicz P., Darewicz M., 2014. Food-originating ACE inhibitors, including antihypertensive peptides, as preventive food components in blood pressure reduction. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 13(2), 114-134. Iwaniak A., Pasemko D., Darewicz M., Protasiewicz M., 2014. Hydroliza enzymatyczna in silico wybranych sekwencji białek mięsa kurczaka w aspekcie pozyskiwania peptydów biologicznie aktywnych. Nauka Przyroda Technologie. 8, 4, 49, 1-11.

Minkiewicz P., Iwaniak A., Darewicz M., 2019. BIOPEP-UWM database of bioactive peptides: current opportunities. International Journal of Molecular Sciences, 20, 5978.

Ryan J. T., Ross R. P., Bolton D., Fitzgerald G. F., Stanton C., 2011.  Bioactive Peptides from Muscle Sources: Meat and Fish. Nutrients,  3(9):765-791

Podziękowania

Projekt finansowany w ramach programu Ministra Edukacji i Nauki pod nazwą "Regionalna Inicjatywa Doskonałości" w latach 2019-2022, nr projektu 010/RID/2018/19, kwota finansowania 12.000.000 złotych.