CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về peptide Peptide là những protein thường có cấu trúc đoạn ngắn khoảng từ hai đến vài chục amino acid liên kết với nhau, thường có khối lượng phân tử ≤ 10 kDa. Tuy nhiên, một số peptide có khối lượng phân tử > 10 kDa cũng có hoạt tính sinh học. Một số nghiên cứu trên thế giới cho thấy các peptide collagen có trọng lượng phân tử 11.93 kDa và peptide gelatin có trọng lượng phân tử 16,62 kDa từ da của cá Thunnus albacares đều có hoạt tính antioxidant [14].
Peptide có trọng lượng phân tử 14 kDa từ Tenebrio molitor có khả năng kháng vi khuẩn Escherichia coli [15]. Các peptide có thể được tổng hợp trong tự nhiên hoặc được hình thành do quá trình thủy phân protein. Mặc dù có cấu trúc nhỏ nhưng nhiều peptide có vai trò khá quan trọng trong hoạt động trao đổi chất của cơ thể [16]. Peptide có tính chất hóa lý không khác nhiều so với amino acid vì đều chứa nhóm –NH2 và nhóm – COOH tự do.
Sự khác biệt chủ yếu là do R của gốc amino acid tham gia trong chuỗi peptide. Chính sự khác nhau giữa các mạch bên R, khác về số lượng và loại amino acid trong peptide làm cho điểm đẳng điện, khối lượng cũng khác nhau [17]. Peptide tham gia các phản ứng đặc trưng của nhóm –NH2 và nhóm –COOH. Tính lưỡng tính: H2N–R–COOH + H+ H3N + –R–COOH - H2N–R–COOH + OH H2N–R–COO-+ H2O Tạo phức chất với este: H2N–R–COOH + R–OH H2N–R–COOR+ H2O Sản phẩm tạo ra ở dạng muối, lấy sản phẩm cho tác dụng với ammoniac để tái tạo nhóm chức amin (–NH2).
Phản ứng màu đặc trưng: Ngoài phản ứng của nhóm –NH2 và –COOH đầu tận cùng, các gốc R của peptide cũng cho những phản ứng màu đặc trưng của các amino acid tự do tương ứng. Một trong những phản ứng màu đặc trưng nhất cho liên kết peptide đó là phản ứng Biure, phản ứng này không xảy ra với amino acid tự do. Trong môi trường kiềm mạnh, liên kết peptide phản ứng với CuSO4 tạo thành phức chất màu tím đỏ và có khả năng hấp thụ cực đại ở bước sóng 540nm. Đây là phản ứng được sử dụng rộng rãi để định lượng protein [16].
SVTH: Viên Thị Sáng 3 MSV: 18100207 Khóa Luận Tốt Nghiệp Từ năm 1950, Mellander đã tìm ra các peptide sinh học từ nguồn thực phẩm [18]. Ông phát hiện ra các peptide phosphoryl hóa casein có nguồn gốc từ sữa có thể làm tăng khả năng hấp thụ Vitamin D nhưng không ảnh hưởng tới sự vôi hóa xương ở trẻ em mắc bệnh còi xương. Các peptide có hoạt tính sinh học đã được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm khác nhau như: sữa, thịt, thực vật và các protein từ các nguồn này là những nguồn nguyên liệu có tiềm năng lớn để thu được các loại peptide có hoạt tính sinh học. Tuy nhiên, chỉ có một số ít sản phẩm thực phẩm từ thịt hoặc thủy sản có thể thu được peptide có hoạt tính sinh học có tính thương mại [19].
Các peptide có hoạt tính sinh học thu được có nhiều chức năng sinh lý khác nhau như: chống oxy hóa, kháng khuẩn, làm tiền chất, chống huyết khối và điều hòa miễn dịch, trong đó hoạt tính chống huyết áp cao đã được nghiên cứu và công bố rộng rãi nhất, đặc biệt là các peptide có khả năng ức chế ACE [20]. Đã có một số sản phẩm thương mại chứa peptide có hoạt tính sinh học được đưa ra thị trường như Calpis (từ Nhật Bản) và Evolus (từ Phần Lan), cả 2 đều có nguồn gốc từ các protein lên men sữa. Các peptide mạch ngắn có hoạt tính sinh học hay các peptide chức năng ngoài các giá trị về dinh dưỡng cần bổ sung thêm các chức năng sinh lý cho cơ thể [21]. Quá trình giải phóng peptide chức năng quyết định bởi hai yếu tố: chuỗi protein ban đầu và độ đặc hiệu của một hay nhiều enzyme được sử dụng để tạo ra peptide [22].
Kích cỡ của các peptide chức năng thường là khoảng 2-20 amino acid, nhưng cũng có nhiều loại nhiều hơn 20 amino acid đã được tìm thấy. Các peptide chức năng có thể được hấp thụ bởi ruột và được vận chuyển nguyên vẹn trong hệ tuần hoàn, tại đây chúng sẽ thể hiện tác dụng sinh lý, hoặc chúng có thể ở trong đường tiêu hoá để tạo ra các hiệu quả cục bộ [23]. Hơn nữa, một số peptide chức năng có thể có đặc tính đa chức năng, trong đó các trình tự peptide cụ thể có thể có hai hoặc nhiều hoạt tính sinh học khác nhau [22]. Các hoạt tính sinh học của peptide 1.
Các peptide kháng viêm Trong những năm gần đây, các peptide hoạt tính sinh học có nguồn gốc từ quá trình thủy phân protein thực phẩm bằng enzyme đã chứng minh được các peptide này làm tăng cường sức khỏe và chống lại nhiều bệnh tật, bao gồm bệnh tim SVTH: Viên Thị Sáng 4 MSV: 18100207 Khóa Luận Tốt Nghiệp mạch, viêm nhiễm và ung thư [1,3]. Các protein từ tự nhiên thường không có hoạt tính sinh học nhưng khi được thủy phân bằng cách sử dụng các enzyme như Alcalase, Flavourzyme và Neutrase thường tạo thành các peptide có nhiều hoạt tính sinh học [24]. Một số peptide từ thảo dược cho thấy hoạt động kháng viêm mạnh và có thể làm giảm viêm mãn tính trong các bệnh khác nhau. Thực vật rất giàu peptide kháng viêm (AIPs) và là chất tiềm năng để điều trị viêm.
Các peptide kháng viêm điều hòa sự biệt hóa tế bào miễn dịch và ngăn ngừa các phản ứng viêm quá mức [4- 6], dị ứng [7]. Gần đây, một số AIPs đã được sử dụng như thuốc để ngăn ngừa và kiểm soát viêm [2,3]. Ví dụ, trong trường hợp viêm khớp dạng thấp, một peptide đường ruột (VIP) đã được tìm thấy để giảm cả viêm và phản ứng tự miễn dịch [25]. Một số AIPs khác cho thấy các đặc tính chống oxy hóa và có thể ngăn chặn sự hình thành ROS.
Một số peptide có nguồn gốc từ protein đã cho thấy khả năng giảm viêm trực tiếp không bị biến tính qua quá trình thủy phân và tiêu hóa in vitro cũng như trong quá trình lên men hoặc làm chín thực phẩm [8]. Ví dụ, peptide Cordymin phân lập từ nấm Cordyceps sinensis có tác dụng chống viêm [26], peptide này cũng có tác dụng bảo vệ thần kinh trong các trường hợp thiếu máu não qua tác dụng ức chế viêm và tổn thương mô [26]. Cordymin được phân lập từ quả khô của C. sinensis làm giảm sự giải phóng TNF-α và IL-1β [27].
Citrusin XI, một peptide được tinh sạch từ trái cây Citrus unshiu có hoạt tính kháng viêm, ức chế sự giải phóng các chất trung gian gây viêm [12]. Một nghiên cứu khác cho thấy các protein từ hạt Amaranthus sau quá trình thủy phân tạo các peptide có hoạt tính chống viêm và điều hòa miễn dịch trên mô hình chuột gây dị ứng [7]. Một cyclic peptides mới từ quả Annona squamosal ức chế hoạt động của TNF-α và IL-6 trên các macrophages RAW 264.7 được gây viêm bởi LPS (lipopolysaccharide) trong in vitro [28]. Lunasin, một peptide từ hạt đậu nành và một số hạt ngũ cốc có khả năng ức chế một số cytokine gây viêm như IL-6 và TNF-α bằng cách ức chế qua con đường NF-kB [29].
Các peptide kháng khuẩn Các peptide kháng khuẩn (AMPs) đã thu hút nhiều sự quan tâm về nghiên cứu của các nhà khoa học. Do sự xuất hiện của vi khuẩn kháng thuốc và kháng một số loại kháng sinh truyền thống, vì vậy việc tìm kiếm các chất kháng khuẩn mới, đặc biệt từ các peptide kháng khuẩn thực sự rất cần thiết [9]. Thực vật bị vi sinh vật và sâu bệnh tấn công trong suốt vòng đời của chúng, do vậy thực vật đã phát triển hệ thống miễn dịch bao gồm các chất thứ cấp, các protein và peptid để bảo vệ chống SVTH: Viên Thị Sáng 5 MSV: 18100207 Khóa Luận Tốt Nghiệp lại các tác nhân gây bệnh. Các peptide kháng khuẩn là thành phần của hệ thống miễn dịch bẩm sinh, một trong những cơ chế kháng vi sinh vật lâu đời, tác dụng nhanh và không tiêu hao năng lượng.
Thực vật rất dồi dào các AMPs [10]. Năm 1972, AMP được phát hiện đầu tiên từ Triticum aestivum [30]. Các AMPs được phân lập từ thực vật ở các bộ phận như thân, rễ, hạt, hoa và lá của nhiều loài khác nhau và có hoạt tính chống lại mầm bệnh thực vật cũng như chống lại vi khuẩn gây bệnh cho người [11]. Các AMPs đã được phân lập từ thực vật như lunatusin được thu thập từ Phaseolus lunatus L.
Các AMP khác đã được chiết xuất từ Spinacia oleracea cv. Hiện nay, các peptide kháng khuẩn đã được sử dụng để điều trị các chủng vi khuẩn kháng kháng sinh như: vancomycin, polymyxin, daptomycin. Các peptide chống oxy hóa Oxy hóa là phản ứng cần thiết cho quá trình hô hấp và trao đổi chất của mọi cơ thể sống, trong đó electron được chuyển từ chất khử sang chất oxi hóa có khả năng tạo thành các gốc tự do (O2-, -OH, H2O2). Khi các gốc tự do được sản xuất vượt quá ngưỡng và không được loại bỏ, chúng có thể tấn công các phân tử gần nhất bằng cách lấy đi các electron dẫn đến một phân tử không có điện tử tấn công các phân tử khác, gây nên hàng loạt các phản ứng dây chuyền tấn công lipid ở màng tế bào, protein, DNA… nhiều rối loạn sức khỏe nghiêm trọng [34].
Quá trình oxy hóa là nguyên nhân dẫn tới nhiều căn bệnh khác nhau. Hoạt tính chống oxy hóa của peptide có liên quan đến thành phần, cấu trúc, tính kỵ nước và khả năng trì hoãn, ngăn chặn các quá trình oxi hóa từ sự cho điện tử và sự ổn định của gốc tự do mà vẫn còn trong cấu trúc của chất chống oxy hóa hơn là trong phản ứng. Chúng có thể tìm thấy trong các nguồn động vật và thực vật, như sữa, sản phẩm từ sữa, trứng, cá, hàu, ngũ cốc (lúa, lúa mạch, kiều mạch, lúa mạch và bắp), đậu nành, hạt củ cải và các nguồn giàu protein khác [35,36]. Một số nghiên cứu đã chứng minh việc thủy phân các protein phụ phẩm cá hồi được thủy phân bằng sáu protease và các hoạt tính chống oxy hóa của sản phẩm thủy phân protein phụ phẩm cá hồi (SPH) đã được đánh giá.
Các sản phẩm thủy phân peptide từ SPHs cho thấy hoạt tính chống oxy hóa cao nhất so với các sản phẩm thủy phân protease khác, và được tiếp tục phân đoạn thành bốn phần bằng sắc ký loại trừ kích thước. Các phân đoạn SPH (SPHF) thể hiện hoạt tính thu hồi 2,2- SVTH: Viên Thị Sáng 6 MSV: 18100207 Khóa Luận Tốt Nghiệp diphenyl-1-picrylhydrazyl và hydro peroxide, và SPHF1 thể hiện hoạt tính chống oxy hóa cao nhất.