Oxidative Peptidolyse in Modellsystemen und Lebensmitteln: Mechanismen und Reaktionsprodukte

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Hellwig
• Fachliche Zuordnung: Lebensmittelchemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298974803

Während der Verarbeitung und Lagerung von Lebensmitteln unterliegen Lebensmittelinhaltsstoffe (Lipide, Proteine, Vitamine) oxidativen Abbaureaktionen, die die Lebensmittelqualität entscheidend beeinflussen. Oxidationsreaktionen in den Seitenketten einzelner proteinogener Aminosäuren wurden bereits im Detail untersucht. Darüber hinaus laufen auch nicht-enzymatische oxidationsinduzierte peptidolytische Reaktionen am Protein-Backbone ab (oxidative Peptidolyse). Hier ist insbesondere die Alpha-Amidierung relevant, die zur Spaltung von Peptiden unter Bildung von Peptidamiden und Ketoacylpeptiden führt. Der Rolle der oxidativen Peptidolyse in der Chemie der Proteinoxidation allgemein sowie speziell in Lebensmitteln ist bisher unklar.Nach eigenen Arbeiten ist unter lebensmittelrelevanten Bedingungen die Methioninoxidation mit der oxidativen Peptidolyse assoziiert. Proteingebundenes Methionin sollte somit in der Lage sein, oxidativen Schaden von der Seitenkette auf das Proteinrückgrat zu übertragen und die Peptidspaltung sequenzabhängig zu fördern. Hauptziel des Vorhabens ist es daher, den Einfluss von Aminosäureseitenketten auf Backbone-Spaltreaktionen in Peptiden und Proteinen zu untersuchen. Methioninhaltige Tetrapeptide werden hierzu in Gegenwart einschlägiger Oxidationsmittel sowie autoxidierender Kohlenhydrate (z.B. Ascorbinsäure) und Lipide unter lebensmittelnahen Bedingungen inkubiert. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen (z.B. Sequenzabhängigkeit) werden aus den mit chromatographischen Verfahren (HPLC-UV, HPLC-MS/MS, GC-MS) gemessenen Produktspektren abgeleitet. Von besonderer Bedeutung in dem Vorhaben ist die Korrelation dieser Struktur-Eigenschaftsbeziehungen mit Veränderungen im elektrochemischen Verhalten. Es werden elektroanalytische Methoden (cyclische Voltammetrie, Chronoamperometrie) und die Spektroelektrochemie, z.T. in situ gekoppelt mit der ESR-Spektroskopie, angewendet. Hierdurch werden Aussagen zum Mechanismus der methioninassoziierten Alpha-Amidierung möglich, etwa ob und wie der oxidative Schaden von der Methioninseitenkette auf das Peptid-Backbone oder auf benachbarte Aminosäureseitenketten übertragen werden kann. Es wird erwartet, dass auch in Lebensmitteln während der Proteinoxidation Ketoacylpeptide als bisher unbeachtete verarbeitungsinduzierte Inhaltsstoffe gebildet werden. Daher ist es ein weiteres Ziel, erstmals einzelne vom Methionin abgeleitete Strukturen aus dieser Substanzklasse zu synthetisieren, ihre Analytik zu ermöglichen und sie hinsichtlich eines Beitrages zur Proteincarbonylierung sowie zur Bildung von Folgeprodukten von Proteinoxidationsreaktionen zu charakterisieren. Abschließend wird die oxidative Peptidolyse an lebensmittelrelevanten Proteinen (Molkenproteine, Patatin) sowie unter den Bedingungen der Lebensmittelzubereitung untersucht und zum Ausmaß der Methioninoxidation in Beziehung gesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen