近年来，我国兔肉产业发展迅速，产量约占世界总产量的40%。兔皮是兔肉加工副产物，也是制备明胶的优质资源。传统的猪、牛源明胶具有良好的凝胶特性，但因疫病和宗教等原因使用受到很大限制；水产明胶在宗教和疫病方面不受限制，但因其亚基氨基酸含量偏低，导致凝胶特性较差，无法被广泛应用。
西南大学食品科学学院的冯 鑫、张宇昊*和邯郸学院生命科学与工程学院的苏现波等人在实验室前期兔皮胶原快速明胶化的基础上，依据检索到的兔皮胶原一级序列，采用分子模拟技术构建相应的模型结构，依据实际实验调整设置酸处理环境，模拟兔皮明胶化过程，以期全面解析兔皮胶原明胶化过程中胶原的结构变化，为实现兔皮明胶的科学、高效制备提供理论参考。
1、模型构建
非螺旋区模型构建
兔皮胶原氨基酸序列与模板的覆盖率为71%～74%，序列匹配一致性为63%～91%，具有较高的一致性。一般来说总体分值高于300或者E值小于1 e－5的晶体可以作为候选模板进行同源建模。
三螺旋区模型构建
构建的三螺旋结构的α1与α2链均为左手螺旋，3 个螺旋再形成右手超螺旋结构，并且3 条α肽链将相互交错排列，这些结构特征都与胶原蛋白结构相符合，说明通过此方法构建的三螺旋结构在空间构象上合理。
2、模型评价
采用和ERRAT程序对优化后模型蛋白的结构进行评价。拉氏图（ plot）主要用于指明蛋白质或肽中氨基酸残基的允许和不允许的构象。拉氏图主要分为3 个区域：允许区（红色区域）、最大允许区（黄色区域）和不允许区（空白区域），图中的黑点代表氨基酸二面角。三螺旋结构模型的拉氏图显示，模型中100%氨基酸二面角位于允许区。而非螺旋肽结构模型99.2%的氨基酸二面角在合理的范围之内，2 个模型均符合立体化学能量规则。
3、单体系动力学模拟
非螺旋肽结构的RMSD分析结果
对同源建模得到的非螺旋肽进行了200 ns的动力学模拟分析。在质量分数为1% HCl条件下，单个非螺旋肽结构的RMSD波动较小，只达到5 Å左右，说明酸处理对单个非螺旋肽结构构象变化影响较小。为此，本研究又观察了多个非螺旋肽结构的RMSD变化，相比之下，2 个非螺旋肽结构的RMSD波动较大，在100 ns时达到30 Å左右。在0～100 ns期间，2 个非螺旋肽结构的RMSD呈现上升趋势；而在100 ns后，2 个非螺旋肽结构的RMSD呈下降趋势。在180～200 ns期间，2 个非螺旋肽结构的RMSD渐稳定。
非螺旋肽的二级结构变化分析结果
在酸处理条件下，相对于单个非螺旋肽，多个非螺旋肽的无规卷曲结构相对含量有所增加，β-转角结构相对含量有所下降。该结果说明，酸处理使得非螺旋肽的质子化，导致非螺旋肽间彼此相互排斥， 原本紧密结合的β-转角结构在正电荷相互排斥过程中，部分向无规卷曲结构发生转换。
三螺旋结构的RMSD分析结果
在0～30 ns期间，RMSD呈现上升趋势，在30 ns时RMSD波动达到30 Å。在30～50 ns期间，RMSD逐渐稳定，在27～30 Å范围内波动，系统评价50 ns后RMSD将一直处于平稳状态，说明50 ns后易于明胶化部分的三螺旋结构已基本被破坏，剩余组分结构较为稳定，在短时间内不会发生变化，这与兔皮胶原明胶化过程中实际酸处理1 h内的情况类似。
三螺旋结构氢键含量分析结果
在0～50 ns，三螺旋结构的氢键数量从开始的225下降到175，说明此时被质子化的三螺旋结构由于正电荷排斥作用导致其结构稳定性降低，原始构象遭到了破坏；在50～200 ns期间，三螺旋结构的氢键数量基本保持在175左右，此时氢键数量处于相对平衡状态，这可能是因为肽链间相互折叠卷曲不断形成新的氢键。
三螺旋区的二级结构变化分析结果
酸诱导兔皮明胶化过程中，随着酸处理开始，胶原非螺旋区亚基在酸的作用下开始分离，胶原三螺旋结构被破坏，转化为其他二级结构，当胶原肽链中α-螺旋和β-折叠相对含量之和达到最大值时，胶原明胶化程度达到最优。
结 论
对兔皮明胶化过程进行分子模拟，通过模板选择和同源建模构建出了兔皮胶原的非螺旋结构，采用 Mk.2软件构建出兔皮胶原的三螺旋结构。采用和ERRAT程序对优化后模型蛋白结构进行评价，2 个模型均符合立体化学能量规则。-3D检测结果表明，2 个模型质量良好。RMSD分析结果表明，随着酸处理的进行，蛋白分子的非螺旋区亚基分离，但其中单个非螺旋区构象变化较小。三螺旋结构的氢键数量变化表明，酸处理导致三螺旋结构的氢键数量在短时间内迅速减少，模拟后期氢键数量保持相对稳定，处于平衡状态，与实际酸处理1 h内的明胶化胶原红外光谱的结果一致。
本文《兔皮胶原快速明胶化分子机制》来源于《食品科学》2019年40卷17期65-71页，作者：冯鑫，苏现波，马明思，马良，戴宏杰，余永，郭婷，周鸿媛，张宇昊。DOI:10.7506/-023。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
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