Białka serwatkowe: Bioaktywne peptydy białek serwatkowych – właściwości i znaczenie
Hydroliza enzymatyczna
W procesie otrzymywania peptydów bioaktywnych, hydroliza enzymatyczna odbywa się w trybie wsadowym lub ciągłym, z użyciem reaktorów ultrafiltracyjnych, co pozwala na selektywne izolowanie peptydów o pożądanej aktywności. Białka serwatkowe, takie jak α-laktoalbumina (α-LA) i β-laktoglobulina (β-LG), są często trudniejsze do hydrolizy ze względu na ich oporność na niektóre enzymy, takie jak plazmina, która ma ograniczoną aktywność wobec tych białek. Pomimo tego enzymy trzustkowe, takie jak trypsyna, są najczęściej stosowane do rozkładu tych białek w celu uzyskania peptydów bioaktywnych, w szczególności hamujących enzym konwertujący angiotensynę I (ACE). W wyniku hydrolizy serwatki można uzyskać peptydy opioidowe, takie jak α-laktoryfina i β-laktoryfina. Dodatkowo nowe komercyjne proteazy pozwalają na produkcję silnych peptydów hamujących ACE. W przypadku bioaktywnych peptydów o działaniu przeciwnadciśnieniowym i przeciwzakrzepowym hamowanie ACE jest głównym mechanizmem działania. Peptydy pochodzące z α-LA i β-LG, nazywane laktoaminami, wykazują wysoką skuteczność w hamowaniu ACE, co może prowadzić do obniżenia ciśnienia krwi. Wyzwania związane z produkcją peptydów bioaktywnych dotyczą głównie doboru odpowiednich enzymów i warunków hydrolizy, które optymalizują zarówno bioaktywność, jak i wydajność peptydów.
Fermentacja
Jest naturalnym procesem, który może być wykorzystywany jako metoda otrzymywania peptydów bioaktywnych. Polega ona na zastosowaniu mikroorganizmów takich jak bakterie czy drożdże, które dzięki swoim systemom proteolitycznym rozkładają białka na mniejsze fragmenty – peptydy o specyficznej aktywności biologicznej. Proces fermentacji jest szczególnie popularny w produkcji żywności fermentowanej, takiej jak jogurty, kefiry czy sery, gdzie mikroorganizmy nie tylko wpływają na smak i teksturę produktów, ale także prowadzą do powstawania bioaktywnych peptydów. Stosowane w fermentacji bakterie, jak Lactobacillus, Lactococcus czy Streptococcus, są wyposażone w proteazy i peptydazy, które rozkładają białka (np. kazeinę lub białka serwatkowe) na mniejsze peptydy. Bakterie te mają zdolność do uwalniania różnorodnych bioaktywnych peptydów, takich jak peptydy o działaniu przeciwnadciśnieniowym, przeciwdrobnoustrojowym czy immunomodulacyjnym. Fermentacja jest atrakcyjną metodą, ponieważ pozwala na produkcję peptydów w sposób naturalny, bez potrzeby stosowania drogich enzymów czy technologii chemicznych. Fermentowane produkty mleczne, jak sery czy jogurty, są bogatym źródłem peptydów bioaktywnych, jednak uzyskanie peptydów z białek serwatkowych jest trudniejsze w porównaniu do kazeiny. Wynika to m.in. z odporności białek serwatkowych na rozkład przez bakteryjne peptydazy. Niemniej jednak w trakcie fermentacji mogą powstawać peptydy o działaniu przeciwnadciśnieniowym, przeciwdrobnoustrojowym czy antyoksydacyjnym. Jednym z wyzwań fermentacji jako metody otrzymywania peptydów jest precyzyjna kontrola nad końcowym składem peptydowym oraz wydajność procesu, która zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj użytych mikro-organizmów i białek prekursorowych.
Synteza chemiczna
Alternatywną metodą uzyskiwania peptydów jest synteza chemiczna, stosowana na skalę laboratoryjną, przy czym wybór między metodą syntezy w fazie ciekłej lub stałej zależy od długości i ilości poszukiwanych peptydów. Synteza chemiczna polega na łączeniu wolnych aminokwasów w kontrolowanych warunkach, umożliwiając precyzyjne budowanie peptydów o określonej sekwencji i długości. Synteza w fazie ciekłej (Liquid Phase Peptide Synthesis, LPPS) jest metodą stosowaną zazwyczaj do otrzymywania krótkich peptydów. W tej technice aminokwasy są stopniowo dołączane do rosnącego łańcucha peptydowego w roztworze. Proces ten wymaga wielu etapów oczyszczania, dlatego jego zastosowanie ogranicza się głównie do peptydów o niewielkiej długości. Synteza w fazie stałej (Solid Phase Peptide Synthesis, SPPS) jest bardziej zaawansowaną metodą, stosowaną szczególnie do syntezy dłuższych peptydów (10–100 reszt aminokwasowych). W tej technice peptydy są budowane na nierozpuszczalnym nośniku (np. żywicy), do którego dołączane są kolejne aminokwasy w precyzyjnie kontrolowanej sekwencji. Po zakończeniu procesu peptyd jest odłączany od nośnika i oczyszczany. SPPS jest metodą szybszą i wydajniejszą niż synteza w fazie ciekłej, co czyni ją popularną w laboratoriach i w produkcji przemysłowej.
Synteza chemiczna peptydów pozwala na pełną kontrolę nad sekwencją aminokwasową, co umożliwia otrzymywanie peptydów o specyficznych właściwościach bioaktywnych, takich jak hamowanie enzymu konwertującego angiotensynę I (ACE) czy działanie antybakteryjne. Ma szerokie zastosowanie w badaniach naukowych, farmaceutyce, a także w produkcji suplementów diety, szczególnie w przypadkach, gdzie naturalne metody hydrolizy nie zapewniają odpowiedniej wydajności lub czystości otrzymanych peptydów.
Selektywne techniki filtracyjne
Odgrywają pewną rolę w procesie otrzymywania peptydów bioaktywnych, szczególnie w kontekście oddzielania i koncentracji określonych frakcji peptydów o pożądanej aktywności biologicznej. Jedną z najczęściej stosowanych metod jest ultrafiltracja, która umożliwia separację peptydów na podstawie ich wielkości molekularnej. Wykorzystuje się w tym celu membrany o różnych „cutoffach” (np. 30 kDa lub 1 kDa), które pozwalają na zatrzymanie większych cząsteczek (enzymów lub białek) i selektywne przeprowadzenie mniejszych bioaktywnych peptydów do fazy przepływowej.
Ultrafiltracja jest często stosowana w połączeniu z ciągłą hydrolizą enzymatyczną, co umożliwia skuteczne otrzymywanie peptydów o niskiej masie cząsteczkowej, które charakteryzują się wysoką aktywnością biologiczną, np. hamującą ACE. Dzięki tej metodzie można uzyskać końcowe mieszanki peptydowe o wysokiej czystości i specyficznej aktywności, co ma znaczenie w produkcji suplementów diety i składników funkcjonalnych do żywności. Selektywność technik filtracyjnych pozwala na precyzyjne dostosowanie składu otrzymywanych peptydów do pożądanych właściwości biologicznych, takich jak działanie przeciwnadciśnieniowe, przeciwzakrzepowe czy antyoksydacyjne. W ten sposób techniki te wspierają zarówno zwiększenie wydajności produkcji, jak i optymalizację jakości bioaktywnych peptydów.
Badania wykazały, że białka, takie jak -lakto-globulina i α-laktoalbumina, wchodzą w interakcje z różnymi peptydami, co może zwiększać ich stabilność i bioaktywność, a także wpływać na procesy trawienne i wchłanianie w jelitach.
Interakcje białko–peptyd są istotnym obszarem badań w biologii, ukazującym, jak peptydy mogą modyfikować właściwości białek. Istnieją dwa główne typy tych interakcji: specyficzne i niespecyficzne. W interakcjach specyficznych peptydy oddziałują z białkowymi receptorami błonowymi, co umożliwia przekazywanie sygnałów, inhibicję enzymów oraz tworzenie kompleksów molekularnych. Te procesy są kluczowe dla wielu funkcji biologicznych. Tymczasem interakcje niespecyficzne są obserwowane głównie w systemach żywnościowych i dotyczą hydrolizatów białkowych, które składają się z mieszanek peptydów i białek. Interakcje te zależą od równowagi między siłami hydrofobowymi oraz elektrostatycznymi.
Badania wskazują, że niektóre peptydy bioaktywne mogą być degradowane przez proteazy w przewodzie pokarmowym, co wpływa na ich bioaktywność in vivo. Po spożyciu białka z mleka trawienie rozpoczyna się w żołądku, gdzie pepsyna oraz enzymy trzustkowe, takie jak trypsyna i chymotrypsyna, hydrolizują białka na mniejsze peptydy. Przykładem jest peptyd β-LG f(142–148), który mimo potencjalnej aktywności hamującej ACE nie wykazuje efektów przeciwnadciśnieniowych w organizmie z powodu degradacji. W niektórych przypadkach peptydy uzyskane przez fermentację mają wyższą aktywność po trawieniu, co sugeruje potrzebę ochrony tych peptydów przed enzymatyczną degradacją, aby mogły w pełni ujawniać swoje efekty biologiczne.
Podsumowanie
Większość bioaktywnych peptydów jest uwalniana w wyniku hydrolizy enzymatycznej, chociaż fermentacja mikrobiologiczna staje się alternatywą. Rośnie dostępność koncentratów białkowych i technologii fermentacji, co sprzyja selektywnej produkcji peptydów bioaktywnych. Badania wykazują, że peptydy serwatkowe mogą wpływać na układ odpornościowy i regulację ciśnienia krwi, jednak ich skuteczność in vivo wymaga dalszych badań. Aby peptyd był uznany za bioaktywny, musi wykazywać odporność na warunki żołądkowo-jelitowe, a przyszłe badania powinny koncentrować się na nowych szlakach hydrolizy oraz mechanizmach ich działania.
