Peptydowe inhibitory ACE – z czym to się je? Cykl “Poznaj świat nauk o żywności”

Peptydy a nadciśnienie, czyli wszystko, co trzeba wiedzieć o nadciśnieniu tętniczym i sposobach jego zwalczania w kolejnym artykule z cyklu “Poznaj świat nauk o żywności.” 

Nadciśnienie tętnicze to poważny problem zdrowotny występujący wśród dorosłych, młodzieży i niestety coraz częściej także wśród dzieci. Oprócz farmakoterapii jedną z metod zapobiegającą rozwojowi nadciśnienia tętniczego jest zmiana stylu życia, która obejmuje głównie zmiany nawyków żywieniowych oraz zwiększenie aktywności fizycznej dostosowanej do preferencji i możliwości pacjenta (Pac i in., 2023).

Główną przyczyną występowania tego schorzenia jest nadmierna aktywność układu hormonalno-enzymatycznego renina-angiotensyna-aldosteron (RAAS), który odpowiedzialny jest za utrzymanie prawidłowej objętości krwi oraz regulację gospodarki wodno-elektrolitowej naszego organizmu. Kluczowym enzymem tego układu jest enzym konwertujący angiotensynę I (ACE) hydrolizujący nieaktywną angiotensynę I do aktywnej angiotensyny II, która bezpośrednio obkurcza naczynia krwionośne powodując wzrost ciśnienia krwi (Mudgil i in., 2020). Hamowanie nadmiernej aktywności ACE wykorzystywane jest w farmakoterapii nadciśnienia tętniczego, ponieważ mechanizm działania niektórych leków opiera się na hamowaniu aktywności właśnie tego enzymu. Leki te niestety wykazują wiele skutków ubocznych takich jak kaszel, wysypka czy nadmierne obniżenie ciśnienia krwi, dlatego często trudno dobrać odpowiednie preparaty i ich dawki by pacjenci zauważyli skuteczność ich działania bez poczucia dyskomfortu (Chen i in., 2020). Dlatego poszukuje się nowych inhibitorów ACE wykazujących działanie terapeutyczne – bez skutków ubocznych. Oprócz farmakoterapii w zapobieganiu rozwojowi nadciśnienia tętniczego ważna jest także odpowiednia dieta bogata w produkty zawierające inhibitory ACE. Wiele badań wskazuje, że właściwości te wykazują związki fenolowe (Mamilla i Mishra, 2017) czy karotenoidy (Wang i in., 2018), które znajdziemy w warzywach, owocach, kawie czy herbacie. Jednak najlepiej poznaną grupą związków o tych właściwościach są peptydy.

Bioaktywne peptydy zbudowane są z 2 – 100 aminokwasów. To naturalne związki występujące w żywności lub stanowiące część białka, które są nieaktywne w cząsteczce prekursora i dopiero po ich uwolnieniu mogą wykazywać fizjologiczne funkcje (Jakubczyk i in., 2020). Zasadniczo peptydy powstają w wyniku enzymatycznej hydrolizy białek w przewodzie pokarmowym, ale mogą być również wytwarzane przez mikroorganizmy w procesie fermentacji. Peptydy były przedmiotem badań naukowców od dawna i obecnie wiadomo, że podobnie jak hormony mogą regulować ważne funkcje organizmu. Peptydy charakteryzują się wieloma właściwościami, w tym działaniem przeciwnadciśnieniowym (Nakahara i in., 2012), przeciwutleniającym (Wang i in., 2023), przeciwbakteryjnym (Fang i in., 2019), przeciwzakrzepowym (Nogueira i in., 2023) czy przeciwnowotworowym (Patil i Kunda, 2022). Niektóre z nich wykazują kilka właściwości jednocześnie. Odpowiadają one również za smak żywności, jednak mogą również wykazywać działanie toksyczne lub uczulające, zwłaszcza u osób z celiakią. Aktywność peptydów zależy od ich struktury i składu aminokwasowego. Do niedawna uważano, że bioaktywne peptydy składają się z 2 – 20 aminokwasów, obecnie wiadomo, że mogą zawierać w swojej strukturze więcej aminokwasów (Beaubier i in., 2023).

Hydrolizaty białkowe, frakcje peptydowe o określonej masie cząsteczkowej lub peptydy mogą być stosowane jako żywność funkcjonalna, nutraceutyki lub dodatki do produktów spożywczych zwiększając ich potencjał nutraceutyczny. Dobrym źródłem peptydów są bogate w białko produkty spożywcze pochodzenia roślinnego jak rośliny strączkowe (fasola, groch, bób, soczewica czy soja), zwierzęcego (mleko i jego przetwory, mięso czy ryby) lub alternatywnego takie jak owady jadalne (Zielińska i in., 2020). Ostatnio peptydy są także izolowane i identyfikowane z produktów o niskiej zawartości białka (Rogozhin i in., 2015), nowej żywności (Hayes, 2018), pozostałości w produkcji żywności (Wei i in., 2019) czy produktów nieżywnościowych (Cai i in., 2023).

Kluczowym elementem w otrzymywaniu czy projektowaniu bioaktywnych peptydów, szczególnie tych zapobiegających rozwojowi nadciśnienia tętniczego jest poznanie zależności ich aktywności od struktury i składu aminokwasowego. Wiele badań wskazuje, że za wysoką aktywność inhibitorową wobec ACE odpowiedzialne są aminokwasy hydrofobowe, zwłaszcza z łańcuchami alifatycznymi, takie jak glicyna, leucyna czy izoleucyna obecne na N-końcu peptydu (Rao i in., 2012). Nie mniej ważne wydają się aminokwasy zlokalizowane na C-końcu peptydu. Okazuje się, że hydrofobowe (aromatyczne lub rozgałęzione łańcuchy boczne) reszty aminokwasowe wpływają na zwiększenie aktywności inhibitorowej peptydu wobec ACE (Murray i FitzGerald, 2007).

W Katedrze Biochemii i Chemii Żywności prowadzone są badania dotyczące peptydowych inhibitorów ACE otrzymanych głównie z roślin strączkowych, ale także innych roślin i produktów spożywczych. W latach 2016 – 2019 realizowany był grant badawczy we współpracy z WiHE w Warszawie finansowany w ramach konkursu Iuventus Plus, pt.: „Charakterystyka peptydów uwalnianych z prekursorowych białek prosa w aspekcie ich aktywności fizjologicznej w chorobach zespołu metabolicznego”. W wyniku prowadzonych prac otrzymano peptydy o sekwencji YGNPVGGVGH, GEHGGAGMGGGQFQPV, GNPVGGVGHGTTGT, EQGFLPGPEESGR, GQLGEHGGAGMG oraz RLARAGLAQ wykazujące silne właściwości hamujące rozwój zespołu metabolicznego w tym także nadciśnienia tętniczego (Karaś i in., 2019, Złotek i in., 2020).

W ramach działalności Studenckiego Koła Naukowego Biochemików Żywności i Żywienia prowadzone były badania we współpracy z WSiZ w Rzeszowie dotyczące charakterystyki hydrolizatów oraz frakcji peptydowych otrzymanych z fasoli szparagowej pakowanej próżniowo. Tu także otrzymano obcujące wyniki wskazujące, iż nie tylko świeża fasolka szparagowa może być źródłem bioaktywnych peptydów, ale także ta przechowywana (Jakubczyk i in., 2020).

Chcąc zadbać o nasz układ krwionośny, a szczególnie o prawidłowe ciśnienie tętnicze wybierajmy produkty przede wszystkim sezonowe i bogate w białko takie jak rośliny strączkowe, zboża czy produkty mleczne, ale także te, które są bogatym źródłem związków fenolowych i karotenoidów czyli świeże warzywa i owoce. Na rynku pojawia się wiele nowych produktów, często nam nieznanych, nie zapominajmy, że one także mogą wpływać na poprawę naszego zdrowia.

Literatura
Beaubier, S., Durand, E., Lenclume, C., Fine, F., Aymes, A., Framboisier, X., … Villeneuve, P. (2023). Chelating peptides from rapeseed meal protein hydrolysates: identification and evaluation of their capacity to inhibit lipid oxidation. Food Chemistry, 422(September 2022). 

Cai, X., Huang, M., Huang, X., Liu, H., Wang, T., Li, L., … Lu, Y. (2023). Properties of ACE inhibitory peptides isolated from Sipunculus nudus L and a DSPE-PEG modification for sustained release anti-hypertension agent. Process Biochemistry, 127(May 2022), 56–65. 

Chen, J., Ryu, B., Zhang, Y., Liang, P., Li, C., Zhou, C., … Qian, Z. (2020). Comparison of an angiotensin‐I‐converting enzyme inhibitory peptide from tilapia ( Oreochromis niloticus ) with captopril: inhibition kinetics, in vivo effect, simulated gastrointestinal digestion and a molecular docking study. Journal of the Science of Food and Agriculture, 100(1), 315–324. 

Fang, Z., Xu, L., Lin, Y., Cai, X., & Wang, S. (2019). The preservative potential of Octopus scraps peptides−Zinc chelate against Staphylococcus aureus: Its fabrication, antibacterial activity and action mode. Food Control, 98, 24–33. 

Hayes, M. (2018). Food Proteins and Bioactive Peptides: New and Novel Sources, Characterisation Strategies and Applications. Foods, 7, 11–13. 

Jakubczyk, A., Karaś, M., Rybczyńska-Tkaczyk, K., Zielińska, E., & Zieliński, D. (2020). Current Trends of Bioactive Peptides — New Sources and Therapeutic E ff ect. Foods, 9, 1–28.

Jakubczyk, A., Karaś, M., Stanikowski, P., Rutkowska, B., Dziedzic, M., Zielińska, E., … Baraniak, B. (2020). Characterisation of Biologically Active Hydrolysates and Peptide Fractions of Vacuum Packaging String Bean (Phaseolus Vulgaris L.). Foods, 9(7), 842. 

Karaś, M., Jakubczyk, A., Szymanowska, U., Jęderka, K., Lewicki, S., & Złotek, U. (2019). Different temperature treatments of millet grains affect the biological activity of protein hydrolyzates and peptide fractions. Nutrients, 11(3). 

Mamilla, R. K., & Mishra, V. K. (2017). Effect of germination on antioxidant and ACE inhibitory activities of legumes. LWT – Food Science and Technology, 75, 51–58. 

Mudgil, P., Kilari, B. P., Kamal, H., Olalere, O. A., FitzGerald, R. J., Gan, C. Y., & Maqsood, S. (2020). Multifunctional bioactive peptides derived from quinoa protein hydrolysates: Inhibition of α-glucosidase, dipeptidyl peptidase-IV and angiotensin I converting enzymes. Journal of Cereal Science, 96. 

Murray, B., & FitzGerald, R. (2007). Angiotensin Converting Enzyme Inhibitory Peptides Derived from Food Proteins: Biochemistry, Bioactivity and Production. Current Pharmaceutical Design, 13(8), 773–791. https://doi.org/10.2174/138161207780363068
Nakahara, T., Yamaguchi, H., & Uchida, R. (2012). Effect of temperature on the stability of various peptidases during peptide-enriched soy sauce fermentation. Journal of Bioscience and Bioengineering, 113(3), 355–359. 

Pac, M., Obrycki, Ł., Koziej, J., Skoczyński, K., Starnawska-Bojsza, A., & Litwin, M. (2023). Assessment of hypertension-mediated organ damage in children and adolescents with hypertension. Blood Pressure, 32(1), 2212085. 

Patil, S. M., & Kunda, N. K. (2022). Anticancer activity of D-LAK-120A, an antimicrobial peptide, in non-small cell lung cancer (NSCLC). Biochimie, 201, 7–17. 

Rao, S. Q., Liu, S., Ju, T., Xu, W. Q., Mei, G. M., Xu, Y. S., & Yang, Y. J. (2012). Design of substrate-type ACE inhibitory pentapeptides with an antepenultimate C-terminal proline for efficient release of inhibitory activity. Biochemical Engineering Journal, 60, 50–55. 

Rogozhin, E. A., Slezina, M. P., Slavokhotova, A. A., Istomina, E. A., Korostyleva, T. V, Smirnov, A. N., … Odintsova, T. I. (2015). A novel antifungal peptide from leaves of the weed Stellaria media L. Biochimie, 116, 125–132. 

Wang, J., Yang, G., Li, H., Zhang, T., Sun, D., Lu, W. P., … Guo, Y. (2023). Preparation and Identification of Novel Antioxidant Peptides from Camel Bone. SSRN Electronic Journal, 424(March), 136253. 

Wang, N., Manabe, Y., Sugawara, T., Paul, N. A., & Zhao, J. (2018). Identification and biological activities of carotenoids from the freshwater alga Oedogonium intermedium. Food Chemistry, 242(September 2017), 247–255. 

Wei, D., Fan, W., & Xu, Y. (2019). In vitro production and identification of angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitory peptides derived from distilled spent grain prolamin isolate. Foods, 8(9).

Zielińska, E., Karaś, M., Baraniak, B., & Jakubczyk, A. (2020). Evaluation of ACE, α-glucosidase, and lipase inhibitory activities of peptides obtained by in vitro digestion of selected species of edible insects. European Food Research and Technology, 246(7), 1361–1369. 

Złotek, U., Jakubczyk, A., Rybczyńska-Tkaczyk, K., Ćwiek, P., Baraniak, B., & Lewicki, S. (2020). Characteristics of new peptides GQLGEHGGAGMG, GEHGGAGMGGGQFQPV, EQGFLPGPEESGR, RLARAGLAQ, YGNPVGGVGH, and GNPVGGVGHGTTGT as inhibitors of enzymes involved in metabolic syndrome and antimicrobial potential. Molecules, 25, 1–20.

Autor: dr hab. inż. Anna Jakubczyk
Katedra Biochemii i Chemii Żywności
Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii

***

[Cykl „Poznaj świat nauki o żywności” to seria artykułów popularnonaukowych przygotowywanych przez naukowców z Wydziału Nauk o Żywności i Biotechnologii Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie].