Εφαρμογή υπολογιστικών εργαλείων για την πρόβλεψη της γεύσης πεπτιδίων αγελαδινού γάλακτος
Application of computational tools for cow’s milk peptide taste prediction
Λέξεις-κλειδιά
Umami πεπτίδια ; T1R1/T1R3 υποδοχέας ; AS1-καζεΐνη ; Αγελαδινό γάλα ; In silico τεχνικές ; Μοριακή πρόσδεσηΠερίληψη
Η γεύση που αντιλαμβάνεται ο άνθρωπος διακρίνεται σε 5 βασικές κατηγορίες γλυκιά (sweet), πικρή (bitter), όξινη (sour), αλμυρή (salty) και umami. Αποτελεί ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό στον ποιοτικό έλεγχο των τροφίμων και ποτών, καθορίζοντας την αποδοχή και την ικανοποίηση των καταναλωτών. Η umami γεύση έγινε αποδεχτή ως βασική γεύση μετά από την ανακάλυψη ότι ο ετεροδιμερής υποδοχέας T1R1/T1R3 μεσολαβεί στην ανίχνευση της. Ο συγκεκριμένος υποδοχέας είναι εκλεκτικός και ανταποκρίνεται αποκλειστικά σε ερεθίσματα umami (L-γλουταμινικό οξύ, γλουταμινικό μονονάτριο). Τα τελευταία χρόνια, πολυάριθμες έρευνες στρέφονται στην ανακάλυψη ενώσεων και ιδιαίτερα πεπτιδίων που έχουν umami γεύση και περιέχονται σε διάφορα τρόφιμα.
Στην εργασία εξετάστηκε η πιθανότητα των πεπτιδιών που προέχονται από την υδρόλυση της as1-καζεΐνης βοοειδούς να ενεργοποιούν την umami γεύση με τη χρήση in silico. Αρχικά, η πεπτιδική αλληλουχία της as1-καζεΐνης καταγράφηκε με χρήση της βάσης δεδομένων UniPort και η in silico υδρόλυση της μέσω του λογισμικού ελεύθερης πρόσβασης PeptideCutter. Από τη διαδικασία προέκυψαν 46 πεπτίδια, τα οποία αποτελούν τον εξεταζόμενο δειγματοχώρο. Για την πρόβλεψη της γεύσης των εξεταζόμενων πεπτιδίων χρησιμοποιήθηκαν δυο υπολογιστικά εργαλεία, το VirtuousUmami καθώς και το UMPred-FRL.
Δεδομένης της απουσίας κρυσταλλικής δομής του ανθρώπινου υποδοχέα T1R1/T1R3, δημιουργήθηκε ομόλογο μοντέλο χρησιμοποιώντας τη βάση πρωτεϊνικών δομών AlphaFold καθώς και το εργαλείο ομόλογης μοντελοποίησης ελεύθερης πρόσβασης, Swiss-Model. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα μοριακής πρόσδεσης στα εξεταζόμενα πεπτίδια, μέσω εφαρμογής διαδικτυακού εργαλείου DockThor.
Τα κύρια κριτήρια αξιολόγησης των αποτελεσμάτων περιλαμβάνουν την ενέργεια πρόσδεσης και τις δημιουργούμενες αλληλεπιδράσεις των εξεταζόμενων πεπτιδίων με το ομόλογο μοντέλο του ανθρώπινου T1R1/T1R3 υποδοχέα. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα εργαλεία πρόβλεψης της γεύσης.
Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων μοριακής πρόσδεσης προέκυψε ότι έξι πεπτίδια (KKYKVPQL, FYPEL, FVAPFPEV, TTMPLW, LGTQYTDAPSF, ARPKHPIKHQ) παρουσίασαν τις πιο αξιόλογες τιμές ενέργειας πρόισδεσης και σχηματίζουν ισχυρές αλληλεπιδράσεις με το μονομερές T1R3. Αξίζει να σημειωθεί ότι το πεπτίδιο KKYKVPQL παρουσίασε υψηλή πιθανότητα πρόβλεψης umami γεύσης (84% από το μοντέλο πρόβλεψης) γεγονός που ισχυροποιεί την υπόθεση ότι πρόκειται για umami πεπτίδιο.
Περίληψη
Human taste can be analysed into the following 5 basic categories: sweet, bitter, sour, salty and umami. It is a critical attribute in the quality control of food and beverages, determining consumer acceptance and satisfaction. The umami taste was accepted as a basal taste after the discovery that the heterodimeric T1R1/T1R3 receptor mediates its detection. This receptor is selective and responds exclusively to umami stimuli (L-glutamic acid, glutamate monosodium). In recent years, numerous investigations have been directed towards the discovery of umami-flavoured compounds and in particular peptides contained in various foods.
In the present study, the possibility of peptides derived from the hydrolysis of bovine as1-casein to activate umami flavor was investigated using computational techniques. Initially, the peptide sequence of as1-casein was recorded using the UniPort database and it's in silico hydrolysis using the open access softwarePeptideCutter. The process resulted in 46 peptides, which constitute the sample space under investigation. Two computational tools, VirtuousUmami as well as UMPred-FRL, were used to predict the flavor of the tested peptides.
Considering the absence of a crystal structure of the human T1R1/T1R3 receptor, a homologous model was generated using the AlphaFold protein structure database as well as the free access homologous modeling tool, Swiss-Model. Subsequently, molecular binding experiments were performed on the tested peptides using DockThor web-based tool application.
The main criteria for the evaluation of the results include the binding energy and the resulting interactions of the tested peptides with the homologous model of the human T1R1/T1R3 receptor. In addition, a comparison of the results with the results obtained from taste prediction tools was performed.
The evaluation of the molecular binding results revealed that six peptides (KKYKVPQL, FYPEL, FVAPFPEV, TTMPLW, LGTQYTDAPSF, ARPKHPIKHQ) showed the most remarkable values of prebinding energy and formed strong interactions with the T1R3 monomer. It is noteworthy that KKYKVPQL peptide showed high probability of predicting umami flavor (84% by the prediction model) which strengthens the hypothesis that it is an umami peptide.
Αριθμός σελίδων
76Σχολή
Σχολή Επιστημών ΤροφίμωνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας ΤροφίμωνΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές