Phycocyaninは何ですか?

スピルリナ is a genus of the cyanobacteria phylum, cyanophyceae class, segmental organisms order, and trematophyceae family。 It is a filamentous, multicellular, spiral prokaryotic algae with high protein content and fast reproduction [1, 2]。 Spirulina includes various strains such as Arthrospira platensis, Arthrospira maxima, and Arthrospira salina. Spirulina is rich in protein, fat, vitamins, minerals, chlorophyll, β-carotene, and polysaccharides, and is an ideal food and medicine resource for humans [3].

Spirulina contains phycocyanin, an important light-harvesting pigment protein, which is mainly composed of phycocyanin (PC), allophycocyanin (APC) and phycoerythrin (PE). Phycobiliproteins are a safe and non-toxic protein resource. Not only are they a valuable edible and feed protein resource in nature, but they also have advantages in the research of the original theory of photosynthesis. Spirulina polysaccharides and phycocyanin are important active substances in spirulina [4]. In recent years, research conducted both domestically and abroad has shown that spirulina has a variety of functions, including anti-fatigue, anti-radiation, anti-viral, anti-tumor, anti-allergy and immunity-enhancing properties, which means that spirulina and its active ingredients have broad application prospects in the research and development of functional foods [5].

Phycocyanin is a type of photosynthetic auxiliary pigment commonly found in cyanobacteria cells. It is a special pigment protein composed of an open-chain tetrapyrrole compound and a dehydrogenase protein bound together by a sulfur chain bond [6]. Its theoretical research and applications have received widespread attention in recent years. The content of phycocyanin in spirulina is as high as 10% to 20%, and it is an important natural pigment for photosynthesis in spirulina cells. It can preferentially transfer light energy to photosystem II with almost 100% efficiency during photosynthesis [7, 8]. Phycocyanin can be widely used as a natural pigment in industries such as food, cosmetics, and dyes. Phycocyanin also has strong fluorescence and can be used to make fluorescent reagents, fluorescent probes, fluorescent tracers, etc., which are used in clinical medicine, immunochemistry, and biological engineering research fields [9, 10]. As an important physiologically active ingredient, it can also be made into medicines for healthcare. Phycocyanin is also an ideal photosensitizer with no toxic side effects [8].

藻類タンパク質の開発の見通しが良く、スピルリナに多く含まれていることから、スピルリナに含まれるフィコビリタンパク質の研究は藻類タンパク質研究のホットスポットとなっている。本稿では,スピルリナphycobiliproteinsの抽出,精製,物理化学的特性,生理活性等の観点から,近年の研究進捗を紹介する。

1抽出

抽出spirulina phycocyaninタンパク質溶解とタンパク質沈殿の2つのプロセスに分けられます。フィコシアニン(phycocyanin)は、細胞内タンパク質である。溶解するためには、まず細胞壁と細胞膜を破壊して抽出液に溶解しなければなりません。現在の研究では、スピルリナタンパク質の抽出は実験的研究の段階であり、抽出方法は同じではないことが示されている。zheng jiang[11]は細胞破壊の方法を次のように要約した:凍結と解凍の繰り返し、化学試薬処理、腫れ、超音波および組織破砕法。5つの方法がありますが、タンパク質の析出法は、塩出し、結晶化、等電点析出法、限外ろ過法です。

1.1 Among the cell disruption methods, the swelling method has a long extraction cycle, and the ultrasonic method has a poor extraction rate. Therefore, the more commonly used methods are the repeated freezing and thawing method and the chemical reagent treatment method, but there are also certain differences between the two. Lin Hongwei [12] et al. used sodium dodecyl sulfate (SDS) to destroy the cell membrane of Arthrospira platensis to 抽出phycobiliproteins, with an extraction rate of up to 98%, which was significantly better than the control group extracted by the freeze-thaw method. Zhang Yifang [13] and others used a combination of KCl and lysozyme to extract phycocyaninスピルリナの細胞壁から、95%以上の壁破り率を達成します。凍結融解法と比較して、凍結融解法は少量の試料の調製にしか適しておらず、大量の試料を迅速に凍結・解凍することが困難であると結論付けた。化学試薬法では、化学試薬を添加することでタンパク質を精製することが難しくなり、操作を誤ると変性しやすくなります。凍結解凍法は、操作が簡単で便利です。そのため、少量を抽出する実験では凍結解凍法が一般的に用いられているphycocyanin.

1.2 実際の運用では、いくつかの方法を組み合わせて溶解するために使用されることが多いphycocyanin可能な限り。例えば、gao tianrong[14]とwang yong[15]は、凍結と解凍を繰り返し、超音波を用いてスピルリナの細胞壁を破壊した。lin hongwei[12]らは、スピルリナphycobiliproteinsを抽出するために、洗浄および循環凍結解凍法を用いた。その結果、tween 20を抽出試薬として用いた抽出収率は65.1%と、緩衝液循環凍結解凍法を用いた抽出収率よりも高かった。

細胞を破壊した後ですphycocyanin抽出液に溶解する。このようなときには、適切な降水方法を選択することが重要です。等電点沈殿法は、等電点での溶解度が最も低いタンパク質の性質を利用する。溶液のphを等電点に調整することによりphycocyaninフィコビリタンパク質の溶解度が低下し、沈殿する。zhang yifang[13]とtang zhaohui[16]は、この方法を用いてフィコシアニンを沈殿させている。しかし、一般的には、フィコシアニンはphに敏感であり、沈殿時のph制御が悪いとタンパク質変性を起こしやすいと考えられています。文献では、塩出しによるフィコシアニンの沈殿について報告されており、その沈殿効果も一般的に認められている。

Ammonium sulfate solution is a commonly used salt solution. Zhang Yifang [13] and others have also used salt solutions such as magnesium sulfate, diammonium hydrogen phosphate, and ammonium dihydrogen phosphate to compare with ammonium sulfate solution for salting out. The results showed that ammonium sulfate salting out was effective, while the other salting out methods were less effective. However, there are various opinions on the salting out concentration of ammonium sulfate. Mostly, a 50% saturated ammonium sulfate solution is used for precipitation [4, 12, 17], but some use a 30% to 60% saturation [15, 18], and Lin Hongwei [19, 20] even uses 70% or 80% ammonium sulfate solutions. Hu Yibing [21] and others used ammonium sulfate solutions of different concentrations to establish a stepwise gradient salting-out method to separate and purify the phycocyanin良い結果が得られましたHにする。 w . siegleman[22]は、濃度の異なる硫酸アンモニウム溶液を塩漬けすることで、phycobiliproteinsを他のものから分離することもできると考えているphycocyanin一方、peng weimin[23]は、硫酸アンモニウムを塩漬けにすることによって、他の植物性タンパク質から植物性タンパク質を分離することは不可能であると考えている。にもかかわらず、の抽出phycocyaninスピルリナから常に原油phycobiliprotein抽出物を得るために硫酸アンモニウム処理を含みます。

2精製方法

スピルリナタンパク質の抽出物には不純物タンパク質が多く含まれており、実用的な価値を得るためにはフィコシアニンの純度比(a620 / a280)が4.0以上でなければなりません[11]。したがって、不純物タンパク質を除去し、フィコシアニンの純度を高めるために、粗抽出物をさらに分離・精製する必要がある。現在報告されている精製法には、ヒドロキシアパタイトのカラムクロマトグラフィー、ジェルクロマトグラフィー、イオン交換法、およびあまり使われていない珪藻土カラムクロマトグラフィーがある。実用的なアプリケーションでは、多くの場合、より良い結果を得るために2つ以上の方法を同時に使用する必要があります。

wei ping[18]らは、粗抽出物をdeae-sephadex a-25吸着柱に、ヒドロキシアパタイト(ha)吸着柱にそれぞれフィコシアニンを吸着させた後、再びha吸着柱にフィコシアニンを溶出させ、g-150吸着柱に通すことで、arthrospira maximaからフィコシアニンを抽出した。その結果、自家製のヒドロキシアパタイト二次カラムを用いると、純度比4.18までの試薬グレードのフィコシアニンが得られ、さらにg-150カラムクロマトグラフィーを用いると、単一成分のフィコシアニンが得られることが明らかになった。

Hu Yibing [21] and others used hydroxyapatite chromatography and Sephadex G-100 gel chromatography to obtain phycocyanin with a purity ratio greater than 5.0. Yin Gang [24] and others used Sephacryl S-200 gel chromatography and hydroxyapatite column chromatography to isolate and purify phycocyanin from artificially cultivated スピルリナplatensis, obtaining pure phycocyanin. Zhang Chengwu [4] and others purified the phycobiliprotein twice by HA column chromatography and then purified it once more by Sephadex G-100 column chromatography and filtration to obtain electrophoretically pure phycobiliprotein. Yin Gang [25] and others also studied the use of DEAE Sepharose F F ion exchange and hydroxyapatite adsorption to isolate and purify phycobiliproteins from Spirulina platensis. The phycobiliproteins were identified as electrophoretically pure by isoelectric focusing. Yin Gang [26] and others used hydroxyapatite and Sephadex G-100 for column chromatography to isolate and purify phycobiliprotein with a purity ratio of 4.71.

peng weimin[23]らは、ハイドロキシアパタイトカラムクロマトグラフィーを用いてスピルリナからフィコビリタンパク質を精製し、高純度のフィコビリタンパク質を得た。lin hongwei[19, 20]らはまず珪藻の545カラムを用いて分別溶出し、deae-セルロースイオン交換法を用いてスピルリナを精製し、純度4.1のフィコシアニンを得た。zhang jianping[27]らは、まずヒドロキシアパタイトのカラムクロマトグラフィーを用い、次にsephadex g-150デキストランゲルクロマトグラフィーを用いて、より純度の高いフィコシアニンを得た。wang yong[15]らがセファデックスg-200、deae-seファデックスa-25、ha、セファデックスg-200の分離・精製手順を検討し、確立した。この方法で得られた結果は、ポリアクリルアミドゲル電気泳動(page)が単一の電気泳動バンドを示し、純度比が14と、これまで国内外で報告されていた最大値10を突破する理想的なものであった。これも複数の精製方法を組み合わせた代表的な例です。

3. Physicochemical財産研究

の広い応用の見通しのためphycocyaninその物理化学的性質の研究はスピルリナの開発において重要なテーマとなっている。近年、フィコビリタンパク質の研究は分子組成にまで踏み込んでおり、その他の物理化学的性質の研究も大きく進展している。

3.1スペクトル特性研究

分光学はその重要な特徴の一つですphycocyanin,分光特性の研究は、スピルリナphycobiliproteinsの同定のための重要な基礎を提供します。同時に、最大吸収量はタンパク質含有量の測定にも使用でき、植物性タンパク質製品の品質管理に簡単かつ効果的な方法を提供します。しかし、異なる系統間でのフィコビリタンパク質の違いや、研究者が使用するフィコビリタンパク質試料の純度の違いにより、報告されている分光特性にも違いがあります。

yin gang[26]らは、スピルリナplatensis phycocyaninの紫外可視スペクトルが278 nm、360 nm、および620 nmの波長で特徴的な吸収ピークを持つことを示した。魏平[18]らが発見したのは、浄化後のことphycocyaninスピルリナのmaximaは、uv-visで走査した後、620 nmと348 nmに特徴的な吸収ピークを有します。zhang chengwu[4]らは、uv-visを用いて、スピルリナplatensisの精製フィコシアニンの最大吸収波長620 nmを測定した。peng weimin[17]らは、紫外線分光光度計を用いてスピルリナplatensisのフィコシアニンの最大可視吸収ピークを620 nm、蛍光分光光度計を用いて室温での蛍光発光ピークを645 nmと測定した。

wang yong[15]らは、ph 7.0の耐塩性スピルリナ中のフィコシアニンの吸収波長が615 nmで、phが下がると、可視光の最大吸収ピークが青色に、phが上がると赤色にシフトすることを発見した。中性条件下でのフィコシアニンの蛍光励起ピークは590 nmと635 nmの2つであり、蛍光放出ピークは650 nmの1つである。zhang erxian[28]らは、フィコシアニンの吸収極大が625 nm、蛍光極大が648 nmであることを突き止めた。yin gang[24, 26]らもまた、フィコビリタンパク質の赤外分光法を行い、フィコビリタンパク質の吸収ピークが3200、1650、1550、1100、1050、650 cm-1であることを発見した。

3.2フィコビリタンパク質のアミノ酸組成

タンパク質のアミノ酸組成を研究することは、さらにphycobiliproteinsの内部構造と活性基を探索するのに役立ち、またphycobiliproteinsの他の特性のための理論的な基礎を提供します。yin gang[24, 26]、liu qifang[29]、li jianhong[9]などがスピルリナのフィコビリタンパク質のアミノ酸組成を研究した。結果は、アミノ酸を示しています構成phycocyanin in spirulina of different strains is basically the same.

zhang chengwu[4]らは、スピルリナplatensis phycobiliproteinのアミノ酸組成と含有量を分析し、測定されなかったトリプトファンを除いて、phycobiliproteinは14アミノ酸を含み、ヒスチジンとプロリンは微量で、メチオニンは含まれていないと結論付けた。peng weimin[17]は、高性能液体クロマトグラフィーを用いて、スピルリナplatensisのフィコシアニンのアミノ酸組成を分析した。その結果、フィコシアニンとフィコシアニンのアミノ酸組成は類似しており、フェニルアラニンが最も多く、次いでアスパラギン酸、グルタミン酸、チロシン、プロリン、ヒスチジンが少なかった。また、フィコシアニンの酸性アミノ酸と塩基性アミノ酸の比は2.14で、他のフィコシアニンの1.92よりも高い。したがって、フィコシアニンは酸性タンパク質であると考えられており、文献で報告されているように、フィコシアニンの等電点が他のフィコシアニンよりも低い理由もこれで説明できる[29]。

3.3生化学特性化

3.3.1等電点

The isoelectric point is one of the most prominent properties of proteins. The reported isoelectric points of spirulina phycocyanin vary, but all are between 3.4 and 4.8 [4, 13, 24, 26, 29]. This may be due to the differences in the properties of phycocyanin in different strains of spirulina, and another reason is that phycocyanin of different purities affects the consistency of the measurement results. The research results also found that the isoelectric point of phycocyanin is generally lower than that of other phycocyanin, which may be related to the composition of amino acids in the protein [17].

3.3.2フィコシアニンサブユニットの研究

現在の研究によるとphycocyaninsは2サブユニットそれぞれ異なる分子のおもりから構成されているが、α、βには普通,二サブユニットのhexamers(αβ)6【15位】。しかし、サブユニットの分子量については現在のところ意見が分かれている。zhang chengwu[4]らは、精製されたフィコビリタンパク質を分析するために12%のドデシルスルファトポリアクリルアミドゲル電気泳動(sds-page)を用いた。結果、phycobiliproteinスピルリナplatensisは、2つのサブユニットのα、β彼らの分子重みは14,500μと1万5000μ。zhang erxian[28]は、2つの分子量を測定したphycocyaninサブユニット1兆9000μと17200μ。peng weimin[17]は、標準タンパク質の相対移動率(x)とそれに対応する分子量(y)の対数をパラメータとして回帰分析を行った。結果の回帰式は、y = 1.0228 x + 5.1255 (r2 = 0.9889)です。算出された分子量αのサブユニットphycobiliproteinのblunt-capスピルリナは約16.3 K Dの分子量βサブユニットは約18.9 K Dで、で、この报道を似ている[、30歳、31歳]文学。

3.4フィコビリタンパク質の安定性

zhang yifang[13]はそう信じているphycocyanin is stable below 40°C. At 45°C, its pigment begins to decompose, the optical density of the solution gradually decreases, and at 50°C, the optical density decreases rapidly. At 70°C, the optical density of the solution is 75% lower than the original value. A sugar solution can improve the thermal stability of phycocyanin. Light has a relatively small effect on phycocyanin. After 60 hours of exposure to light at 5000 lux, the optical density of the pH 5 solution remains unchanged. Studies have also shown that phycobiliproteins are stable between pH 4.0 and 8.5, with no change in optical density. The color of the solution lightens when the pH is greater than 8.5 or less than 4.0. The above research results show that phycobiliproteins are sensitive to temperature and pH but not light. This finding is of great significance for controlling the conditions during the extraction, purification and preservation of phycocyanin.

4生理活動研究

Phycocyaninスピルリナの重要な活性成分の一つです。臨床研究はそれを示していますphycocyanin in spirulina can improve the body'の免疫システムは、動物細胞の再生を促進し、がん細胞の成長を阻害する[32]。したがって、フィコシアニンの生理活性をさらに研究することは非常に重要である。現在は、主に抗がん活性の研究に焦点を当てていますが、他の活働についても研究が進んでいます。

4.1抗がん活性に関する研究

dong qiang[33]らは、2つの方法を用いてhela細胞上でフィコシアニン(pc)の抗がん活性を調べた。その結果、pcの濃度が80 mg・l-1の場合、がん細胞の増殖抑制率は31.0%に達した。申海燕[34]ら方法寒天半固体文化・MT Tに関するに対するスピルリナphycocyaninの影響の成長を決定する白血病幹細胞系統のHL-60うち、K-562とμ-937。3種類の腫瘍細胞をin vitro培養条件下で異なる濃度のスピルリナフィコシアニンで処理した。その結果、スピルリナフィコシアニンは、3種類の腫瘍細胞に対して様々な阻害効果を示し、濃度-用量効果が認められ、高濃度で強い阻害効果が認められました。guo baojiang[35]らは、セレン濃縮栽培スピルリナplatensisから抽出されたセレン化フィコシアニンの肝臓がん細胞に対する阻害効果を研究した。guo baojiang[36]らもまた、in vitro肝がん細胞株7402に対する光固定化フィコシアニンの阻害効果を研究した。実験結果、初期スナイパーphycocyanin濃度が20μg / w、エル7402细胞の抑制率は55%となった。濃度が上昇し続けると、ガン細胞の抑制率が低下する。フィコシアニンの濃度が0.5mg/w ellと1mg/w ellに達すると、抑制率は55%と66%に回復した。

4.2その他の活動研究

スピルリナ・フィコシアニンは他の分野でも一定の活性を示す。wang yuanxun[37]らは、抽出されたスピルリナフィコシアニンをマウスに与えると、運動耐久性が有意に向上することを発見した。zhang chengwu[38]は動物実験で、スピルリナ・フィコシアニンに抗放射線効果があることを証明し、その結果、フィコシアニンが放射線を浴びた動物の造血機能の回復を促進する可能性があることも示した。tang mei[39]などは、フィコシアニンがphaによって誘導される正常なマウス脾臓リンパ球の増殖を促進し、スポット形成細胞の溶血能と血清中の溶血素の含有量を高め、体へのヒドロコルチゾンの損傷に有意に抵抗することを発見した&#免疫机能39;sができます。

Zhao Jingquan [40] and others used competitive reaction kinetics to study the scavenging effect of phycocyanin in spirulina against hydroxyl radicals. The results showed that phycocyanin has a strong scavenging effect on hydroxyl radicals, and the measured scavenging reaction rate constant was between (2.8–5.6) × 109L ·mol–1 ·S–1. Tang Mei [41] and others studied the effect of spirulina phycocyanin (PC) on the function of human peripheral lymphocytes. The results showed that PC can promote the effect of PHA on stimulating lymphocyte transformation, and there is a dose-dependent relationship. PC can restore the ability of T cells to form E rosettes after cyclophosphamide damage, especially the ability to form active E rosettes (Ea).

実験的研究によると、スピルリナフィコシアニンは、抗腫瘍、抗放射線、抗疲労、免疫増強およびフリーラジカル除去などの生理活性を有しており、機能性食品および医薬品分野におけるスピルリナの開発における意思決定の重要な基礎となっています。

5フィコシアニン生成物の研究[42,43]

Phycocyanin is an important active ingredient in spirulinaそして、そのユニークな物理的および化学的特性は、製品開発研究で評価されています。北京大学生命科学部はスピルリナ汚泥を用いてフィコシアニンモノマーを精製し、精製されたdfi抗体と結合させた。この複合体を精製して、蛍光プローブとしてフィコシアニン標識抗体を得た。統一研究院の化学的冶金中国科学院の海洋研究院が中国科学院のも行い開発に関する研究」蛍光マーカー診断できphycobiliproteins、及び研究診断できおよび診断キット(上映、名称検出技術を蛍光でき)。他の蛍光マーカーや酵素マーカーに取って代わる技術や普及しているフィコビリタンパクで標識したb型肝炎ウイルス表面抗原診断キットの実現が期待される。また、スピルリナタンパク質は、食品研究、特に機能性食品の研究で大きな進歩を遂げました。スピルリナ錠とカプセルは、国内ですでに10種類余りが出回っており、機能別に健康製品として衛生部から承認を受けている。しかし、スピルリナタンパク質の抽出はまだ実験的研究段階であるため、工業生産に適したプロセス方法がなく、高価であるため、一定の用途に制限があります。

6結論

中国におけるスピルリナの研究は1970年代に始まった。過去30年間に大きな発展がありましたが、ほとんどの研究はまだ実験室の段階です。有効成分であるスピルリナフィコシアニンの抽出・精製が難しく、成熟した製造工程が開発されるには時間がかかるとの報告がある。スピルリナフィコシアニンを原料とした機能性食品も少なく、医薬品分野の研究開発はまだ始まったばかりです。したがって、今後数年間で、フィコシアニンの研究開発は、次の分野に焦点を当てます。コストを削減し、その広範な開発と利用を促進するために、大量のフィコシアニンを工業生産する方法を探求する。2. フィコシアニンの活性に関する研究成果をもとに、フィコシアニンの機能性食品から医薬品への展開や医療診断用試薬の開発を拡大し、利用価値をさらに発展させる。第三に、フィコシアニン製品、特に医薬品の研究と生産に品質保証を提供するために、フィコシアニンの物理的、化学的性質を深く研究し、音質管理方法を確立する。

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