Oxidative peptidolysis in model systems and food: mechanisms and reaction products
Final Report Abstract
Ziel des Forschungsprojektes war es, die Rolle des peptidgebundenen Methionins bei oxidativen Peptidspaltreaktionen zu ermitteln und α-Ketoacylpeptide als Reaktionsprodukte der Spaltung zu charakterisieren. Voraussetzung hierfür war zunächst die Synthese ausreichender Mengen an Modellpeptiden, wobei meist etablierte Methoden genutzt wurden, die jedoch im einzelnen optimiert werden mussten. Für die Synthese der α-Ketoacylpeptide wurden zahlreiche Synthesewege ausprobiert, wobei sich die Oxidation mit 2,5-Di-tert-butyl-1,4-benzochinon und anschließender Isolierung mittels Anionenaustauschchromatographie als beste Methode herausstellte. Elektronenziehende Gruppen in der Seitenkette der carbonylterminalen α-Ketosäure wirken sich negativ auf die Stabilität der Verbindungen aus. Beim Abbau der α-Ketoacylpeptide wird die carbonylterminale α-Ketosäure abgespalten, die ihrerseits weiter abgebaut werden kann (z.B. zu Strecker-Aldehyden). In Studien zur oxidativen Stabilität freier Tetrapeptide zeigten sich keine eindeutigen Trends hinsichtlich der Stabilität der Peptide und der Bildung von Peptidamiden als Produkten der α-Amidierung. Die Bildung von Amiden war in methioninhaltigen Peptiden verstärkt, und überraschenderweise ergab sich eine verstärkte α-Amidierung C-terminal zum Methionin. In Studien an weiteren Modellpeptiden wurde erstmals intakte α-Keto-γ-methylthiobuttersäure als Reaktionsprodukt der α-Amidierung nachgewiesen. In Gegenwart stärkerer Oxidationsmittel wurde die Verbindung weiter zu Methional abgebaut (z.T. bis 20% der Ausgangsmenge an Peptid). Die Ergebnisse zeigen, dass die α-Amidierung zur Bildung von niedermolekularen und ggf. flüchtigen und damit möglicherweise aromarelevanten Carbonylverbindungen führt. Für Studien zu Oxidationsreaktionen in Modellproteinen und Lebensmitteln wurde zunächst eine Methode zur Bestimmung von Methioninsulfoxid und Methioninsulfon etabliert, die es erlaubt, durch Coinkubation isotopenmarkierter Standards als „Oxidationssensoren“ parallel die artifizielle Methioninoxidation zu erfassen. Die Methode wurde erfolgreich an Lebensmitteln und physiologischen Proben angewendet. Des Weiteren wurde eine „Multimethode“ zur Erfassung verschiedener oxidierter Aminosäuren in Proteinen und Lebensmitteln entwickelt und zunächst an Malzproben angewendet, wobei vor allem α-Aminoadipinsäure, Cysteinsäure, m-Tyrosin und Kynurenin als oxidierte Aminosäuren auffielen. Neben diesen vertieften Einsichten in die Mechanismen und Reaktionsprodukte der Proteinoxidation konnte zuletzt auch gezeigt werden, dass durch die mikrobielle Metabolisierung oxidierter Aminosäuren eine Fülle von Metaboliten („Oxometabolom“) in Lebensmitteln zu erwarten ist, die Gegenstand weitergehender Studien sein werden.
Publications
- Untersuchungen zur Stabilität von α-Ketoacylpeptiden. 46. Deutscher Lebensmittelchemikertag, Würzburg, 2017
Hellwig M, Sajapin J
- Methioninoxidation in Modellproteinen und Lebensmitteln. 47. Deutscher Lebensmittelchemikertag, Berlin, 2018
Hellwig M, Kölpin M, Sajapin J
- Methionine oxidation in milk and milk-based beverages. J Agric Food Chem 2019, 67, 8967-8976
Kölpin M, Hellwig M
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b03605) - Protein oxidation in food: Focus on individual structures. ACS Fall 2019 National Meeting, San Diego/USA, 2019
Richter P, Hellwig M
- The chemistry of protein oxidation in food. Angew Chem Int Ed 2019, 58, 16742-16763
Hellwig M
(See online at https://doi.org/10.1002/anie.201814144) - Analysis of protein oxidation in food and feed products. J Agric Food Chem 2020
Hellwig M
(See online at https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c00711)
