پپتیدهای زیست فعال در غلات



Bioactive Peptides in cereal

Abstarct

Cereals are key components of a healthy and balanced diet. Therefore, nutrition experts consider cereal products at the base of nutritional food pyramids because of their importance. Cereal proteins contain various bioactive peptides which show positive physiological effects in human body. These peptides which represent a source of healthy components are inactive in the sequence of their parent protein. In order to show health effects, they have to be released through the chemical or enzymatic reactions (like digestion, fermentation). Many reports are present in the literature regarding the bioactivity of peptides including antimicrobial properties, blood pressure-lowering effects, cholesterol-lowering ability, antioxidant activities, and enhancement of mineral absorption. The purpose of this research is evaluating the bioactive peptides identified in cereals and their health benefits.

Keywords: Bioactive Peptides, Cereal, Protein

پپتیدهای زیست فعال در غلات

چکیده
غلات به عنوان یکی از فاکتورهای کلیدی در رژیم غذایی سالم و متعادل مطرح می‏باشد. به طوری که متخصصین تغذیه، فرآورده‏های غلات را به دلیل اهمیت زیاد در پایه هرم تغذیه‏ای در نظر گرفته‏اند. پروتئین‏های غلات دارای پپتیدهای زیست فعال متعددی هستند که اثرات فیزیولوژی مثبتی بر سلامت بدن انسان می‏گذارند. این پپتیدها که منبع سرشاری از ترکیبات سلامتی بخش هستند، در توالی ملکول پروتئین اصلی غیر فعال می‏باشند. به منظور ارائه اثرات سلامتی بخش، این پپتیدها باید توسط واکنش‏های شیمیایی یا آنزیمی (نظیر هضم، تخمیر) آزاد گردند. گزارشات بسیاری در خصوص فعالیت زیستی پپتیدها در منابع مختلف موجود می‏باشد که شامل اثرات ضد میکروبی، کاهش دهنده فشار خون، کاهش دهنده کلسترول خون، اثرات آنتی اکسیدانی، افزایش جذب مواد معدنی است. هدف از این مقاله بررسی پپتیدهای زیست فعال شناسایی شده در غلات و اثرات سلامتی بخش آن‏ها می‏باشد.

واژه‏های کلیدی: پپتیدهای زیست فعال، غلات، پروتئین

مقدمه
در سال‏های اخیر تمایل به مصرف مواد غذایی حاوی ترکیبات زیست فعال که قابلیت جلوگیری و کنترل بیماری‏های مزمن را دارا می‏باشند روند چشمگیری پیدا کرده است. پژوهش‏های فراوانی مبنی بر ارتباط مستقیم بین مصرف فرآورده‏های غلات و کاهش ریسک ابتلا به بیماری‏های قلبی- عروقی، سرطان، چاقی و دیابت به انجام رسیده است. غلات و فرآورده‏های آن که جزء اصلی مورد مصرف در رژیم غذایی مدیترانه‏ای و آسیایی هستند، نقش مهمی در تامین پروتئین مورد نیاز روزانه دارد. پروتئین‏ها فراتر از نقش‏های تغذیه‏ای و عملکردی در فرآورده‏های غذایی، ویژگی زیست فعالی نیز دارند که آن‏ها را به عنوان یکی از اجزاء سازنده غذاهای سلامتی بخش مطرح ساخته است.
بنا به تعریف، پپتیدهای زیست فعال اجزاء خاص پروتئینی هستند که اثرات مثبتی بر شرایط یا عملکردهای بدن مصرف کننده داشته و نهایتاً خواص سلامتی بخشی را اعمال می‏‎نمایند. این اثرات سلامتی بخش بسته به نوع و ترتیب قرار گیری اسیدهای آمینه پپتیدهای مختلف متفاوت است؛ به طوری که برخی از این پپتیدها خواص ضد میکروبی، آنتی اکسیدانی ، ضد فشار خون‏، ضد انعقادی و یا فعالیت متعادل سازی سیستم ایمنی را دارند و البته برخی از آن‏ها نیز خواص چند گانه‏ای را از خود نشان داده‏اند. اندازه و طول این پپتیدهای زیست فعال از 2 تا 20 اسید آمینه می‏باشد. پپتیدها، مولکول‏های پروتئینی با وزن کمتر از kDa 10 هستند ( Farrokhiو Whitelegge، 2008) که با عمل هیدرولیز توسط هضم و یا توسط آنزیم‏های پروتئولیتیک از توالی مولکول پروتئین اصلی آزاد می‏شوند (Coda، 2012). به طور کلی پپتیدهای زیست فعال دارای اثرات زیستی متفاوتی بر سلامت انسان می‏باشند که از آن‏ها می‏توان به خاصیت ضد میکروبی، کاهنده فشار خون بالا و کلسترول، خواص آنتی اکسیدانی، ضد انعقاد خون، آرامش بخش و افزایش قابلیت دسترسی زیستی ترکیبات مواد معدنی اشاره نمود (Zambrowicz و دیگران، 2013).
نتایج مطالعات بسیاری حاکی از وجود پپتیدهای زیست فعال با منشا جانوری و گیاهی می‏باشد. منابع گیاهی معمولاً شامل غلات (گندم، جو، ذرت، برنج)، شبه غلات (گندم سیاه1، آمارانت2)، حبوبات (لوبیای سویا، نخود) و همچنین گونه براسیکا (آفتابگردان) هستند. گیاهان حاوی پپتیدهای زیست فعال دارای طیف وسیعی از عملکردهای متنوع هستند. علاوه بر این، برخی از این پپتیدها در حفظ سلامت بدن نقش حیاتی ایفا می‏کنند. بر طبق تحقیقات به عمل آمده توسط Jeong و دیگران (2010)، وجود پپتیدهای زیست فعال در جوی دو سر به اثبات رسیده است. پژوهش دیگری نشان داد پپتیدهای موجود در جوی دو سر جوانه زده می‏تواند موجب کاهش بیماری‏های التهابی نظیر ورم روده بزرگ در موش‏های مورد بررسی گردد. Velarde و دیگران (2013) به این نتیجه رسیدند که جو، یولاف و گندم دارای پپتیدهای مهارکننده دی پپتیدیل پپتیداز هستند، بنابراین می‏توانند در کاهش قند خون و درمان دیابت مفید به فایده تلقی گردند. علاوه بر این جو به دلیل وجود پپتیدهای خاص خود دارای تاثیرات ضد التهابی می‏باشد. تاثیرات مثبتی نیز بر روی لیپیدهای سرمی و فشار خون نیز مشاهده شد. به طور کلی وجود ترکیبات زیست فعال در غلات می‏تواند موجب افزایش ارزش کیفی پروتئین و در نتیجه فراسودمند نمودن فرآورده‏های حاصل از آن گردد. هدف اصلی از این مقاله، بررسی اثرات سلامتی بخش پپتیدهای زیست فعال مشتق شده از پروتئین‏های غلات می‏باشد.
پپتید زیست فعال لوناسین در غلات
لوناسین3 پپتیدی با 43 اسید آمینه می‏باشد که برای اولین بار در لوبیای سویا شناخته شد و سپس در غلات و شبه غلات مورد شناسایی قرار گرفت (Jeong و دیگران، 2010). ویژگی‏ زیست فعالی این پپتید مربوط به قابلیت به دام انداختن سلول‏های سرطانی، ممانعت از استیله شدن هیستون‎‏ها در سلول‏های پستانداران و همچنین محافظت DNA از آسیب‏های اکسیداسیون می‏باشد. پژوهش‏های صورت گرفته تائیدی بر وجود لوناسین در آمارانت، گندم، جو و جوی دو سر نیز می‏باشد (Nakurte و دیگران، 2012). پپتیدهای زیست فعال موجود در گندم و جو توسط توالی مشخصی که دقیقاً با این توالی در سویا همخوانی دارند شناسایی شده‏اند (Mitchell و دیگران، 2013).
لوناسین گندم
لوناسین جو
لوناسین سویا

شکل 1: توالی پپتیدهای زیست فعال لوناسین در گندم، جو و سویا
کاهش میزان کلسترول خون یکی از عملکردهای لوناسین می‏باشد. لوناسین در حقیقت مانع از تولید آنزیم هیدروکسی متیل گلوتاریل کوآنزیم آ ردوکتاز4 به همراه کاهش بیوسنتز کلسترول می‏شود. این آنزیم در سلول تبدیل HMG-CoA را به موالونات کاتالیز می‏کند. این آنزیم در مسیر سوخت و ساز موالونات آنزیم تعیین کننده سرعت واکنش‏ها است. مسیر سوخت و ساز موالونات یک مسیر متابولیکی بسیار مهم در یوکاریوت‏ها و بسیاری از باکتری‏ها است که در نهایت به تولید بسیاری از ترکیبات مهم مانند کلسترول، ایزوپرونئیدها (ترپن‏ها مانند لیکوپن، کاروتن، اسکوالن و …) می انجامد. نتایج بررسی‏ها نشان داد لوناسین می‏تواند موجب مرگ برنامه‏ریزی شده سلول‏های سرطانی شود (Mitchell و دیگران، 2013).
اثرات ضد سرطانی پپتیدهای زیست فعال غلات
پپتیدهای زیست فعال مختلفی وجود دارند که در برابر سلول‏های سرطانی خاصیت ضد تکثیری از خود نشان می‏دهند. در میان این ترکیبات زیست فعال، لوناسین یکی از بیشترین پپتیدهای مورد مطالعه از منظر خواص ضد سرطانی بوده است. لوناسین از توالی اسید آمینه‏های اسید آسپارتیک- گلیسین – آرژنین تشکیل شده است که به دنبال این توالی، هشت اسید آمینه آسپارتیک با انتهای کربوکسیل وجود دارد. توالی اسید آسپارتیک- گلیسین – آرژنین مسئول اتصال به ماتریکس خارج سلولی است، در حالی که هشت اسید آمینه اسید آسپارتیک نقش اساسی در برقراری پیوند با کروماتین دارد. نتایج تحقیقات پژوهشگرانی نظیر Galvez و de Lumen(1999) نشان داد که با انتقال ژن‏های لوناسین به سلول‏های مسبب ایجاد سرطان سینه، از تکثیر سلول‏های سرطانی جلوگیری به عمل می‏آید.
اگرچه لوناسین یکی از مهمترین پپتیدهای زیست فعال با خاصیت ضد سرطانی است، اما سایر پپتیدهای زیست فعال دیگری که از غلات جدا می‏شوند نیز قابلیت جلوگیری از تکثیر سلول‏های سرطانی را دارا می‏باشد. Kannan و دیگران (2010) ، موفق به جداسازی یک پپتید مقاوم به شیره معده از سبوس برنج شدند. توالی آرژنین- پرولین- آرژنین- گلوتامین- اسید گلوتامیک، از رشد و تکثیر سلول‏های سرطان روده بزرگ، سرطان سینه و همچنین سرطان کبد جلوگیری به عمل می‏آورد. پپتیدهای زیست فعال حاصل از سبوس برنج، پس از بررسی‏های به عمل آمده اثرات ضد سرطانی را نشان دادند.
اثرات حفاظتی پپتیدهای زیست فعال غلات در برابر بیماری‏های قلبی – عروقی
بیماری‏های قلبی- عروقی یکی از عوامل اصلی مرگ و میر در دنیا می‏باشد. نتایج تحقیقات نشان داده است پیروی از یک رژیم غذایی سالم (نظیر کاهش میزان دریافت سدیم) و انجام فعالیت‏های ورزشی می‏تواند احتمال بروز فشار خون بالا و بیماری‏های قلبی- عروقی را کاهش دهد. در این بین، غلات و فرآورده‏های آن نه تنها سرشار از ترکیبات ریز مغذی و فیبرها هستند بلکه به عنوان یک منبع غنی از ترکیبات زیست فعال شناخته شده می‏باشند. برخی از پپتیدهای زیست فعال موجود در فرآورده‏های غلات با مهار آنزیم تبدیل کننده آنژیوتانسین می‏توانند از فشار خون بالا جلوگیری کنند. Matsui و دیگران (1999) موفق به شناسایی و جداسازی پپتید ایزولوسین- والین- تیروزین از جوانه گندم هیدرولیز شده با پروتئاز قلیایی شدند. این توالی پپتید دارای عملکرد ضد فشار خون می‏باشد. از سوی دیگر Motoi و دیگران (2003) پپتید ایزولوسین- آلانین- پرولین را با پتانسیل عملکردی مشابه در گلیادین شناسایی نمودند. ویژگی ضد فشار خون پپتید ایزولوسین- آلانین- پرولین بر روی موش‏های صحرایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از کاهش فشار خون سیستول در جمعیت مورد آزمایش بود. در این زمینه نتایج مشابهی نیز در خصوص پپتید ترئونین- گلوتامین- والین- تیروزین از پروتئین‏های برنج هیدرولیز شده توسط آنزیم آلکالاز به دست آمد. پپتیدهای کوچک دیگری نیز با خاصیت ضد فشار خون از هیدرولیز پروتئین‏های زئین ذرت و گلوتنین آمارانت شناسایی شدند (Yano و دیگران، 1996).
خاصیت آنتی اکسیدانی پپتیدهای زیست فعال غلات
استرس اکسیداتیو یکی از اصلی‏ترین عوامل مسئول شروع و گسترش بسیاری از بیماری‏های مزمن نظیر بیماری‏های قلبی-عروقی، بیماری‏های عصبی و سرطان می‏باشد. گونه‏های اکسیژن فعال می‏توانند منجر به آسیب درشت مولکول‏هایی نظیر لیپیدها، پروتئین و DNA شوند. مواد غذایی گیاهی حاوی بسیاری از ترکیبات زیست فعال هستند که استرس اکسیداتیو را خنثی می‏کنند و از سوی دیگر نتایج تحقیقات بسیاری نشان دهنده خاصیت آنتی اکسیدانی برخی پپتیدها می‏باشد. پژوهش‏های Wang و دیگران (2005) نشان داد برخی اسید آمینه‏ها نظیر هیستیدین، تریپتوفان، تیروزین و لیزین دارای خاصیت آنتی اکسیدانی هستند. این اسید آمینه‏ها به سبب وجود گروه‏های تیولی، می‏تواند موجب شلاته کردن یون‏های فلزی و سیستئین گردد. Medina و دیگران (2012) ، به این نتیجه رسیدند که اسید آمینه‏های والین و لوسین در صورتی که در پایانه N پپتیدها قرار گیرد، می‏تواند دارای خواص آنتی اکسیدانی باشد. این در حالی است که اسید آمینه تیروزین و تریپتوفان در صورت قرار گرفتن در پایانه C، قابلیت آنتی اکسیدانی خواهند داشت. Garcia-Nebot و دیگران (2014) فعالیت آنتی اکسیدانی لوناسین را در شرایط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار دادند. نتایج پژوهش‏ها نشان داد لوناسین قابلیت حذف رادیکال‏های سوپراکسید را دارا می‏باشد.
نتیجه گیری
بسیاری از پروتئین‏های غلات خصوصیات زیستی ویژه‏ای دارند که این اجزاء را به ترکیبات بالقوه‏ غذاهای بهبود دهنده سلامتی بدن تبدیل می‏کنند. تحقیقات نشان داده‏اند که پپتیدهای مشتق شده از پروتئین غلات فعالیت‏های گوناگونی را انجام می‏دهند؛ به طوری که توالی اسید آمینه‏ها در پپتیدها می‏توانند بسیاری از عملکردهای سلولی را تحت تاثیر قرار دهند. از عملکردهای زیستی این پپتیدها می‏توان به خواص ضد سرطانی، آنتی اکسیدانی، ضد فشار خون و … اشاره نمود. چنین پپتیدهایی در توالی پروتئین اصلی غیرفعال هستند و می‏توانند با روش‏هایی نظیر واکنش‏های شیمیایی یا آنزیمی (هضم، تخمیر) آزاد گردند. اگرچه مکانیسم‏های جذب و فعالیت زیستی پپتیدهای خاص هنوز به طور کامل شناخته شده نیستند، اما شواهد و مدارک بیشماری مبنی بر وجود قابلیت‏های سلامتی بخش و جذب آن‏ها در بدن وجود دارند.

منابع

Coda, R., Rizzello, C. G., Pinto, D., & Gobbetti, M. (2012). Selected lactic acid bacteria synthesize antioxidant peptides during sourdough fermentation of cereal flours. Applied and Environmental Microbiology, 78(4), 1087-1096.
Farrokhi, N., Whitelegge, J. P., & Brusslan, J. A. (2008). Plant peptides and peptidomics. Plant biotechnology journal, 6(2), 105-134.
García-Nebot, M. J., Recio, I., & Hernández-Ledesma, B. (2014). Antioxidant activity and protective effects of peptide lunasin against oxidative stress in intestinal Caco-2 cells. Food and Chemical Toxicology, 65, 155-161.
Jeong, H. J., Jeong, J. B., Hsieh, C. C., Hernández-Ledesma, B., & de Lumen, B. O. (2010). Lunasin is prevalent in barley and is bioavailable and bioactive in in vivo and in vitro studies. Nutrition and Cancer, 62(8), 1113-1119.
Kannan, A., Hettiarachchy, N. S., Lay, J. O., & Liyanage, R. (2010). Human cancer cell proliferation inhibition by a pentapeptide isolated and characterized from rice bran. Peptides, 31(9), 1629-1634.
Medina‐Godoy, S., Ambriz‐Pérez, D. L., Fuentes‐Gutiérrez, C. I., Germán‐Báez, L. J., Gutiérrez‐Dorado, R., Reyes‐Moreno, C., & Valdez‐Ortiz, A. (2012). Angiotensin‐converting enzyme inhibitory and antioxidative activities and functional characterization of protein hydrolysates of hard‐to‐cook chickpeas. Journal of the Science of Food and Agriculture, 92(9), 1974-1981.
Mitchell, R. A., Lovegrove, A., & Shewry, P. R. (2013). Lunasin in cereal seeds: What is the origin?. Journal of cereal science, 57(3), 267-269.
Motoi, H., & Kodama, T. (2003). Isolation and characterization of angiotensin I‐converting enzyme inhibitory peptides from wheat gliadin hydrolysate.Food/Nahrung, 47(5), 354-358.
Nakurte, I., Klavins, K., Kirhnere, I., Namniece, J., Adlere, L., Matvejevs, J & Muceniece, R. (2012). Discovery of lunasin peptide in triticale (X Triticosecale Wittmack). Journal of cereal science, 56(2), 510-514.
Velarde-Salcedo, A. J., de Mejia, E. G., & de la Rosa, A. P. B. (2012). In vitro evaluation of the antidiabetic and antiadipogenic potential of amaranth protein hydrolysates. Am Chem Soc (1109), 189-98.
Wang, W., Mejia, D., & Gonzalez, E. (2005). A new frontier in soy bioactive peptides that may prevent age‐related chronic diseases. Comprehensive reviews in food science and food safety, 4(4), 63-78.
Yano, S., Suzuki, K., & Funatsu, G. (1996). Isolation from α-zein of thermolysin peptides with angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity.Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 60(4), 661-663.
Zambrowicz, A., Timmer, M., Polanowski, A., Lubec, G., & Trziszka, T. (2013). Manufacturing of peptides exhibiting biological activity. Amino acids,44(2), 315-320.

1 Buckwheat
2 Amaranth
3 Lunasin
4 HMG-CoA
—————

————————————————————

—————

————————————————————

1