Исследование влияния ускоренных электронов на структурные характеристики бычьего сывороточного альбумина с использованием жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения

Предложен метод количественной оценки влияния дозы ионизирующего излучения на структурные характеристики бычьего сывороточного альбумина (БСА) в водном растворе путем идентификации уникальных пептидов доменных структур белка с использованием жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения. БСА с начальной концентрацией 500 мг/л в физиологическом растворе облучали пучком ускоренных электронов с максимальной энергией 1 МэВ при среднем токе пучка 1 мкА, средняя мощность дозы составляла 18,5 Гр/с. Поглощенную дозу в объеме образца оценивали с помощью ферросульфатного дозиметра Фрикке. После облучения раствора БСА в дозах 0,3, 0,6, 1, 8 и 20 кГр проводили анализ структурной целостности нативной формы белка и количественную оценку его содержания. Для этого путем центрифугирования отделяли соединения с массой более 30 кДа, затем осуществляли ферментативный гидролиз БСА с добавлением раствора трипсина и повторно отделяли образовавшиеся пептиды с массой более 10 кДа. Полученные образцы анализировали методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения (ВЖЭХ-МС/МС). Далее оценивали содержание неповрежденных молекул белка путем определения концентраций уникальных пептидов, соответствующих каждому из трех доменов, на которые разделялась аминокислотная последовательность БСА. С использованием разработанного подхода установлено изменение естественной конформации исследуемого белка (его денатурация) в водных пробах в результате воздействия ионизирующего излучения в дозах 0,3 - 20 кГр: в среднем у 71 % белковых молекул при дозе облучения до 1 кГр, у 79 % молекул при дозе 4 кГр и 99 - 100 % молекул при дозах 8 и 20 кГр.

1. Zhang Y., Dong L., Zhang J., et al. Adverse Effects of Thermal Food Processing on the Structural, Nutritional, and Biological Properties of Proteins / Annu. Rev. Food Sci. Technol. 2021. Vol. 12. N1 . P 259-286. DOI:10.1146/annurev-food-062320-012215

2. Orlien V, Rinnan A. Processing Effects on Protein Structure and Physicochemical Properties / Foods. 2022. Vol. 11. N 11. P 1607 - 1610. DOI:10.3390/foodslllll607

3. Nowshad E, Islam M. N., Khan M. S. Concentration and formation behavior of naturally occurring formaldehyde in foods / Agric. Food Secur. 2018. Vol. 7. N 1. P 17 - 25. DOI:10.1186/s40066-018-0166-4

4. Rachid C, Barone M. Chemicals in the Food Industry: Toxicologies! Concerns and Safe Use. 1^st Edition. — Switzerland: Springer Internationa! Publishing, 2020. — 70 p. DOI:10.1007/978-3-030-42943-0

5. Тимаков а P. Т. Влияние ионизирующего излучения на биологическую ценность белков говядины / Пищевая промышленность. 2020. Т. 5. С. 13 - 18. DOI:10.24411/0235-2486-2020-10048

6. Rozhko Т. V, Nemtseva Е. V, Gardt М. V, et al. Enzymatic Responses to Low-Intensity Radiation of Tritium / Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21. N 22. P 8464 - 8478. DOI:10.3390/ijms21228464

7. Adibian M., Mami Y. Effect of Electron-Beam Irradiation on Enzyme Activities in Agaricus brunnescens / J. Pure Appl. Microbiol. 2018. Vol. 12. N 3. P 1435 - 1442. DOI:10.22207/jpam.12.3.46

8. Дриль А. А., Рождественская Л. PI. Повышение биологической ценности белка и увеличение сроков хранения полуфабриката из вешенки обыкновенной методом электронной стерилизации / Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. № 3. С. 500 - 508. DOI:10.21285/2227-2925-2019-9-3-500-508

9. Павлов А. Н., Чиж Т. В., Снегире в А. С. и др. Технологический процесс радиационной обработки пищевой продукции и дозиметрическое обеспечение / Радиационная гигиена. 2020. Т. 13. № 4. С. 40 - 50. DOI:10.21514/1998-426Х-2020-13-4-40-50

10. Giroux М., Lacroix М. Nutritional adequacy of irradiated meat — a review / Food Res. Int. 1998. Vol. 31. N 4. P 257 - 264. DOI:10.1016/S0963-9969(98)00092-1

11. Zhao L., Zhang Y., Pan Z., et al. Effect of electron beam irradiation on quality and protein nutrition values of spicy yak jerky / LWT — Food. Sci. Technol. 2017. Vol. 87. N 7. P 1 - 7. DOI:10.1016/j!wt.2017.08.062

12. Zarei H., Bahreinipour M., Eskandari K., et al. Spectroscopic study of gamma irradiation effect on the molecular structure of bovine serum albumin / Vacuum. 2016. Vol. 136. P 91 - 96. DOI:10.1016/j.vacuum.2016.11.029

13. Liu G., Liu J., Tu Z., et al. Investigation of conformation change of glycated ovalbumin obtained by Co-60 gamma-ray irradiation under drying treatment / Innovative Food Sci. Emerging Technol. 2018. Vol. 47. P 286 - 291. DOI:10.1016/j.ifset.2018.03.011

14. Liu Y.-E, Oey I., Bremer P., et al. Modifying the Functional Properties of Egg Proteins Using Novel Processing Techniques: A Review / Compr. Rev. Food Sci. Food Saf 2019. Vol. 18. N 4. P 986 - 1002. DOI:10.1111/1541-4337.12464

15. Antosiewicz J. M., Shugar D. UV — Vis spectroscopy of tyrosine side-groups in studies of protein structure. Part 2: selected applications / Biophys. Rev. Vol. 8. N 2. P 163 - 177. DOI:10.1007/sl2551-016-0197-7

16. Mihaljev Z., Jaksic S., Balos M. Z., et al. Comparison of the Kjeldahl method, Dumas method and NIR method for total nitrogen determination in meat and meat products / J. Agroaliment. Proc. Technol. 2015. Vol. 21. N 4. P 365 - 370.

17. Barth A. Infrared spectroscopy of proteins / Biochim. Biophys. Acta. 2007. Vol. 1767. N 9. P 1073 - 1110. DOI:10.1016/j.bbabio.2007.06.004

18. Chang S. K. C, Zhang Y. Protein Analysis / Nielsen S. S. (ed.), Food Analysis. Food Science Text Series. — Springer, Cham. 2017. P 315-331. DOI:10.1007/978-3-319-45776-518

19. Oshokoya O. O., Roach C. A., Jiji R. D. Quantification of protein secondary structure content by multivariate analysis of deep-ultraviolet resonance Raman and circular dichroism spectroscopies / Anal. Methods. 2014. Vol. 6. N 6. P 1691 - 1699. DOI:10.1039/c3ay42032a

20. Pelton J. Т., McLean L. R. Spectroscopic methods for analysis of protein secondary structure / Anal. Biochem. 2000. Vol. 277. N 2. P 167 - 176. DOI:10.1006/abio.1999.4320

21. Murray R. K., Granner D. K., Mayes E A., Rodwell V W. Harper's Illustrated Biochemistry. 26^th edition. — The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003. — 693 p.

22. Gonzalez V D., Gugliotta L. М., Giacomelli С. Е., Meira G. R. Latex of immunodiagnosis for detecting the Chagas disease: II. Chemical coupling of antigen Ag36 onto carboxylated latexes / J. Mater. Sci. Mater Med. 2008. Vol. 19. N 2. E 789 - 795. DOI:10.1007/sl0856-006-0041-x

23. Doumas В. Т., Bayse D. D., Carter R. J., et al. A candidate reference method for determination of total protein in serum. I. Development and validation / Clin. Chem. 1981. Vol. 27. N 10. E 1642 - 1650. DOI:10.1093/clinchem/27.10.1642

24. Francis G. Albumin and mammalian cell culture: implications for biotechnology applications / Cytotechnology 2010. Vol. 62. N 1. E 1 - 16. DOI:10.1007Ы0616-010-9263-3

25. Huang B. X., Kim H. Y., Dass C. Probing three-dimensional structure of bovine serum albumin by chemical cross-linking and mass spectrometry / J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2004. Vol. 15. N 8. E 1237 - 1247. DOI:10.1016/j.jasms.2004.05.004

26. Bliznyuk U. A., Borchegovskaya P. Yu., Chernyaev A. P., et al. Dose-rate effect of low-energy electron beam irradiation on bacterial content in chilled turkey / IOP Conf. Sen: Earth Environ. Sci. 2021. Vol. 640. N 3.032006. DOI:10.1088/1755-1315/640/3/032006

27. Крот В. И., Голубева E. H., Музык а Т. В., Степанова О. Ю. Химические методы дозиметрии. Ферросульфатный метод дозиметрии (дозиметр Фрике): метод, пособие к лаб. практикуму. — Минск: БЕУ, 2011. — 33 с.

28. Swissprot. Swiss Institute of Bioinformatics: Geneva, Switzerland. https://www.uniprot.org/uniprotkb/P02769/entry (дата обращения 17.01.2022).