重要捕光色素蛋白——藻红蛋白

简述

藻红蛋白(phycoerythrin，PE)是海藻中的重要捕光色素蛋白，具有强荧光性，易溶于水。在藻体内能将捕获的光能传递给光合反应中心，在体外则能将光能传递给周围环境中的氧分子，产生如单线态氧等活性氧组分，可用来介导光动力效应治疗癌症。藻红蛋白主要有R-藻红蛋白和B-藻红蛋白两种常见亚型。R-藻红蛋白是最重要类型的藻红蛋白，为许多藻类的前级捕光色素蛋白，在光的激发下，能发出桔红色荧光^[2]。

生物活性

藻红蛋白介导的光动力反应能够有效地抑制肿瘤细胞DNA合成并杀伤癌细胞。随着藻红蛋白浓度增加，DNA合成下降，瘤细胞存活率降低。具体地，通过改变或影响DNA构象，抑制细胞DNA合成可能是藻红蛋白介导肿瘤光动力治疗的途径之一^[1]。

提取工艺

实验研究复合酶法提取紫菜藻红蛋白的最优工艺，筛选了复合酶的配比，并选取酶解温度，提取时间，加酶量和pH值为自变量，采用响应面法研究各因素及其交互作用对紫菜藻红蛋白得率和纯度的影响。结果表明，紫菜藻红蛋白复合酶法提取的最优酶配比为纤维素酶和果胶酶质量比7:3，通过响应面优化，确定藻红蛋白最优提取工艺为：pH 6.8，酶解温度39℃，提取时间7.2 h，在5 g样品中加酶0.04 g。在此条件下藻红蛋白得率为2.257%，纯度达到1.656。经过验证，所得工艺参数准确，可用于复合酶法生产紫菜藻红蛋白^[3]。

可见光吸收光谱的测量

藻红蛋白是衡量水体中藻类富营养化的一个重要指标，可见光吸收法具有测量快速，准确，无二次污染，可实现在线和原位测量等优点。因此，可以采用可见光吸收法测定水中藻红蛋白含量。以藻红蛋白标准液为研究对象，采集5~250 mg/L不同浓度标准液的可见光吸收光谱，对藻红蛋白进行定性定量分析。同时，对光谱的不同谱区预处理后，运用偏最小二乘法(PLS)建立可见光吸收光谱下的藻红蛋白校正分析模型，并与主成分回归法(PCR)进行比较。实验结果表明，采用PLS算法在谱区480~570 nm建立的校正分析模型的相关系数R²可达0.993，校正标准差RMSEC与相对标准差RSD最小，分别为5.5783和3.92%^[4]。

应用

纳米材料领域公开了一种基于碳纳米管偶联藻红蛋白的材料及应用，所述材料由单壁碳纳米管和藻红蛋白共价连接而成。共价结合的材料使藻红蛋白与碳纳米管之间的距离缩小到了化学键的尺度。碳纳米管有更大表面积与藻红蛋白接触，并且游离状态下的新材料与电极表面的接触更加紧密。利用单壁碳纳米管优异的导电性，使得敏化半导体光阳极或金属光阳极在光照条件下的光电转化效率更高，极大的提高了太阳能电池的光电性能^[5]。

药物研发领域则报道了一种利用胃蛋白酶和胰蛋白酶对藻红蛋白进行分步酶解制备藻红蛋白ACE抑制肽和抗氧化肽的应用研究。其中，最优酶解条件为：第一步酶解条件为胃蛋白酶加酶量0.5%(w/w)，温度37℃，pH为2.0，时间30 min；第二步酶解条件为胰蛋白酶加酶量0.5%(w/w)，温度37℃，pH为7.5，时间1.5 h。凝胶过滤色谱法测得该酶解产物中分子量在2 kDa以下的小肽含量为89.9%，测得其ACE抑制活性IC₅₀为191.1μg/mL，ABTS自由基清除能力EC₅₀为612.6μg/mL。采用Sephadex G-15和RP-HPLC纯化技术，从该酶解产物中分离纯化获得2个ACE抑制肽和3个抗氧化肽。该研究制备的藻红蛋白ACE抑制肽和抗氧化肽在功能性食品的开发利用方面具有广阔前景^[6]。

参考文献

[1]李冠武,王广策,李振刚,等.R-藻红蛋白介导的光敏反应对DNA分子的生物学效应[J].生物化学与生物物理进展 2000年27卷6期, 621-624页, SCIE ISTIC PKU CSCD CA BP, 2004, 27(6):621-624.DOI:10.3321/j.issn:1000-3282.2000.06.013.

[2]陈小强,史锋,龚兴国.R-藻红蛋白的结构、功能及其应用[J].细胞生物学杂志, 2004, 26(4):5.DOI:10.3969/j.issn.1674-7666.2004.04.017.

[3]施瑛,裴斐,周玲玉,等.响应面法优化复合酶法提取紫菜藻红蛋白工艺[J].食品科学, 2015(6):7.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201506010.

[4]毕卫红,高明明,付兴虎,et al.藻红蛋白含量可见光吸收光谱的测量[J].光电工程, 2015, 42(2):5.DOI:10.3969/j.issn.1003-501X.2015.02.008.

[5]蒲洋,丁涓,刘欣亭,等.一种基于碳纳米管偶联藻红蛋白的材料及应用:CN202010292586.9[P].

[6]伍强,孙乐常,蔡秋凤,等.利用藻红蛋白制备ACE抑制肽和抗氧化肽的研究[C]//全国海洋与陆地多糖多肽及天然创新药物研发学术会议.2015.DOI:b2f83b1b01314db48065d526f3da035a.