合作单位：Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
参考文献：Hongxing Zhu, Muhan Zhang, Peng Wang, et al. Food Chemistry, 2022. DOI：10.1016/j.foodchem.2022.132354（IF = 9.23）
背景：
肌红蛋白(Mb)是由亚铁血红素/高铁血红素辅基和珠蛋白组成的复合物，亚铁血红素/高铁血红素中的Fe2+/Fe3+与平面卟啉的四个氮原子配位。然而，pH值、温度、盐和离子强度等因素均会导致亚铁血红素氧化为高铁血红素。从而导致血红蛋白辅基与珠蛋白的结合受到影响。血红素蛋白被认为是肉制品中脂质氧化过程的主要催化剂。而血红素辅基在血红素蛋白介导的脂质氧化中起决定性作用。
肌球蛋白是肉制品中含量最多的肌肉蛋白。肌球蛋白凝胶的性质和结构与保水性密切相关，对肉品品质至关重要。在加工和储存阶段，肉制品中的血红素辅基、脂质氧化产物、酶等多种内在因素会影响肌球蛋白的结构，导致其持水能力发生变化。目前，许多研究主要集中在血红素辅基对脂质氧化的影响上，而对凝胶形成过程中血红素辅基与肌球蛋白之间的氧化过程研究较少。因此，本文推测血红素辅基与肌球蛋白结合并诱导氧化，并力图阐明肌球蛋白与血红素辅基的相互作用机制。
方案设计：
将肌球蛋白与肌红蛋白(Mb)血红素辅基孵育后，测定了肌球蛋白的性质、结构和持水能力。结果表明，适当添加血红素辅基后，肌球蛋白的凝胶性质、结构和持水能力显著改善。但过度氧化会使肌球蛋白的理化性质大大降低，不利于凝胶的形成，导致保水能力下降。此外，荧光光谱和CV技术结果表明，血红素辅基与肌球蛋白的结合过程具有较高的结合常数(Ka)，结合位点数约为2个。
最后，经与魔德科技（www.modekeji.cn）技术团队沟通，拟通过分子对接和分子动力学模拟进一步研究其相互作用机理。
主要结果：
根据构建的肌球蛋白模型，肌球蛋白呈“Y”形，有两条相同的重链。MHC的N端呈球形结构，C端呈细长的α-螺旋结构。通过分析复合物体系的势能、Cα原子和重原子的均方根偏差（RMSD）和溶剂可及表面积(SASA), MD模拟过程中没有明显变化，说明体系在MD模拟过程中已经达到稳态。
在MD模拟过程中，测量了肌球蛋白氨基端在50 ns以上的均方根涨落(RMSF) ，氨基酸在肌球蛋白重链中的柔性分布基本相同。但有3个区域有较大的差异，分别为F250~L450、N600~T650和N700~L800。B链上的F250 ~ L450和N600 ~ T650区域是氨基酸与血红素辅基相互作用的结果，导致其柔韧性较差。而位于肌球蛋白表面的A链相同区域的柔韧性发生了很大的波动，表明A链中F250 ~ L450和N600 ~ T650区域由较多的coil组成，且暴露在溶剂环境中。同样，A链的N700 ~ L800区域与B链的N700 ~ L800区域也不同。总的来说，在血红素辅基与肌球蛋白结合的MD模拟中，B链区域的灵活性较低。
为分析血红素辅基与肌球蛋白之间的作用机理，本文对肌球蛋白的二级结构进行了分析，如图1所示。血红素辅基在模拟过程中与肌球蛋白之间的主要分子间作用力是疏水键，同时还包括氢键和π-π堆叠。图1b给出了肌球蛋白在模拟过程中的二级结构含量变化，可以看出，无规卷曲结构减少，以及螺旋结构增加，这表明肌球蛋白形成了规则的结构，与SEM结果一致。
图1 a：血红素辅基与肌球蛋白之间的相互作用随模拟时间的变化；b：肌球蛋白的二级结构含量随模拟时间的变化。
图2给出了肌球蛋白氨基酸在MD模拟过程中的相互作用模式。由此可见，在MD模拟的初级阶段，血红素辅基中心的Fe (III)未与肌球蛋白的氨基酸结合。而Fe (III)与氨基酸残基(Asp436和His494)在50 ns后形成配位键，配位键距离分别为1.69 Å和2.02 Å。
图2 血红素辅基与肌球蛋白氨基酸残基的结合模式图（a和b分别表示0 ns和50 ns结合位点1的血红素辅基与周围残基的结合模式；c和d分别表示0 ns和50 ns结合位点2的血红素辅基与周围残基的结合模式；灰色stick表示血红素辅基，橙色sphere表示Fe原子，紫色表示配位键，红色表示原子距离）
水分子与肌球蛋白的结合可以提高肌肉的保水性，进而增加口感。本文还计算了肌球蛋白表面3 Å范围内的水分子数的变化。肌球蛋白表面的水分子数在模拟初期约为8400个，30~50 ns后稳定，水分子平均值为9032.58±83.06个，表明血红素辅基的结合可以一定程度上增加肌球蛋白表面结合的水分子数。
本文不仅对血红素辅基影响肌球蛋白结构和凝胶保水性的机制过程的有了概念理解。还将为肉制品的保水性、肉质、肉感等方面的研究提供新的见解，从而进一步提高各类肉制品的品质。
