基于计算机模拟和实验研究探索类胡萝卜素和酚类化合物的抗氧化协同作用机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31760432
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    38.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2001.食品原料学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The mixtures of phytochemicals with suitable ratios in diets were effective to enhance the synergistic antioxidant effects and have protective effects on human health. However, the complex phytochemical combinations with different ratios showed significant differences of antioxidant activity. For now, less studies were focus on and could well explain the synergistic antioxidant mechanism of phytochemicals (especially with different ratios). It has been shown that the synergistic antioxidant activity may be related to the changes of reaction energy and phytochemical structures, which were caused by the molecular interactions. In this study, the synergistic antioxidant effects of several phytochemical standards (carotenoids and phenolics, with different ratios) were evaluated by the cell-based antioxidant activities (CAA). H2O2 was used in CAA model to induce the free radicals such as •OH, •O2 , HOO•, and the combinations with great synergistic antioxidant effects were therefore picked up by CAA and CI (combination index). Moreover, the structure and the ratio of phytochemicals in cells was also measured by LC-MS for the molecular simulation analysis. The changes of molecular energy (kinetic energy, potential energy, reactive energy, etc.) of the reaction were carried out by the molecular dynamics simulation. Then, the quantum chemistry was used to measure the changes of phytochemical chemical structures. Finally, the in vitro chemical based antioxidant activity were investigated to verify the mechanisms in terms of synergistic effects, energy and structural changes. The main objective of this study is therefore to reveal the in vitro chemical based synergistic antioxidant mechanisms via the molecular interactions in different carotenoids and phenolics. The results would be used to explain the antioxidant interactions of phytochemicals with different ratios as well as the synergistic effects of antioxidants in diets.
从果蔬中摄入的天然植物化学物常以多组分的形式存在,并多有抗氧化协同作用。但植物化学物复配比例的不同会直接影响其抗氧化效果,且至今尚无系统理论能解释这种增效现象。抗氧化化学协同作用的本质是分子间相互作用引起的能量和结构变化。本项目拟以类胡萝卜素和酚类化合物为研究对象,用H2O2诱导细胞产生自由基,结合细胞内抗氧化能力和CI联合指数评价方法,筛选出具有协同作用的植物化学物复配组合。并根据这些组合在细胞内的比例,采用分子动力学模拟和量子化学分析,研究它们与自由基反应过程中能量和结构的变化规律。最后,将植物化学物以细胞内的比例与自由基进行体外化学反应,以实际能量和结构变化验证分子模拟的理论结果。本项目拟从分子间相互作用的本质,解释植物化学物与自由基的体外化学反应过程,旨在揭示不同比例复配后植物化学物的抗氧化化学协同作用规律及机理,为诠释膳食中不同抗氧化组分之间的增效现象提供理论指导。

结项摘要

番茄红素、叶黄素、绿原酸和飞燕草素是食品中含量丰富且分布广泛的抗氧化物质,具有抗氧化、抗炎症、降低心血管疾病等多种疾病的发病率等功能。本研究以上述四种天然植物化学物为研究对象,采用ABTS和DPPH两种体外化学实验方法,分析四种植物化学物的体外抗氧化相互作用,采用H2O2诱导H9c2大鼠心肌细胞建立氧化损伤模型,研究复配前后对H9c2细胞氧化损伤的保护作用。在此基础上,研究番茄红素和叶黄素的细胞内吸收与降解,并基于Nrf2通路分析植物化学物的抗氧化相互作用机制。并采用量子化学密度泛函理论(DFT),通过Chemdraw 2D和3D软件构建合适的分子模型,运用高斯软件得到键长、红外光谱、前线轨道能量等结构特征和分子能量参数;通过计算这四种化合物与羟基自由基、超氧阴离子自由基、氢过氧自由基反应的过渡态能垒,表征了四种化合物的不同位点的反应活性,为阐明植物化学物抗氧化相互作用机制和开发相应的功能食品提供理论依据。主要研究内容及结果如下:.1、四种天然植物化学物以不同比例复配后,采用CAA法和联合指数法共同测定其抗氧化相互作用。结果表明,四种天然植物化学物通过直接降低H9c2细胞ROS水平发挥抗氧化相互作用。在不同的酶体系中,显著协同、拮抗组的抗氧化酶活性与抗氧化理论值有所不同。.2、通过高液相色谱探究植物化学物组合中另一组分对番茄红素和叶黄素的影响。结果表明,植物化学物组合的抗氧化相互作用也会受细胞吸收率的影响。.3、根据密度泛函理论,计算了植物化学物与超氧阴离子自由基和氢过氧自由基在水、甲醇溶剂中的反应焓值。结果表明,飞燕草色素、天竺葵色素和超氧阴离子反应后,负电荷从自由基转移到了半醌结构上。β-胡萝卜素和番茄红素在苯溶剂中最易与超氧阴离子自由基发生反应,而在水溶剂中比较容易和氢过氧自由基发生反应。.4、通过计算可能的活性位点与羟自由基的过渡态反应,结果表明,过渡态反应所需的活化能与其键长的计算结果是一致。键长越长,该键越容易发生抽氢反应从而生成水。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effects of heat, ultrasound, and microwave processing on the stability and antioxidant activity of delphinidin and petunidin.
热、超声波和微波处理对飞燕草素和矮牵牛素的稳定性和抗氧化活性的影响。
  • DOI:
    10.1111/jfbc.12818
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Food Biochemistry
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wang Furong;Li Hongyan;Qin Yan;Mao Yu;Zhang Bing;Deng Zeyuan
  • 通讯作者:
    Deng Zeyuan
Chemical Compositions, Antiobesity, and Antioxidant Effects of Proanthocyanidins from Lotus Seed Epicarp and Lotus Seed Pot
莲子外果皮和莲子盆中原花青素的化学成分、减肥和抗氧化作用
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.8b05137
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Cao Jialing;Yu Xiuliang;Deng Zeyuan;Pan Yao;Zhang Bing;Tsao Rong;Li Hongyan
  • 通讯作者:
    Li Hongyan
Daily Dietary Antioxidant Interactions Are Due to Not Only the Quantity but Also the Ratios of Hydrophilic and Lipophilic Phytochemicals
日常膳食抗氧化相互作用不仅取决于亲水性和亲脂性植物化学物质的数量,还取决于其比例
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.8b03412
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Pan Yao;Deng Ze-yuan;Zheng Shi-lian;Chen Xuan;Zhang Bing;Li Hongyan
  • 通讯作者:
    Li Hongyan
Synergistic antioxidant effects of petunidin and lycopene in H9c2 cells submitted to hydrogen peroxide: Role of Akt/Nrf2 pathway
矮牵牛素和番茄红素在 H9c2 细胞中过氧化氢的协同抗氧化作用:Akt/Nrf2 通路的作用
  • DOI:
    10.1111/1750-3841.15153
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Food Science
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Shilian Zheng;Zeyuan Deng;Fang Chen;Liufeng Zheng;Yao Pan;Qian Xing;Rong Tsao;Hongyan Li
  • 通讯作者:
    Hongyan Li
Implication of the Significance of Dietary Compatibility: Based on the Antioxidant and Anti-Inflammatory Interactions with Different Ratios of Hydrophilic and Lipophilic Antioxidants among Four Daily Agricultural Crops
膳食相容性意义的意义:基于四种日常农作物中不同比例的亲水性和亲脂性抗氧化剂的抗氧化和抗炎相互作用
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.8b01690
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Pan Yao;Li Hongyan;Zheng Shilian;Zhang Bing;Deng Ze-yuan;Li HY
  • 通讯作者:
    Li HY

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其他文献

蛇床子素上调miRNA-107减少APP 595/596 转基因神经元Aβ的生成
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-1978.2017.08.009
  • 发表时间:
    2017-08-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖洪贺;Xiao Hong;教亚男;Jiao Ya;闫宇辉;Yan Yu;李红艳;Li Hongyan;杨静娴;Yang Jing
  • 通讯作者:
    Yang Jing
空天信息网络中基于滑动窗口的网络编码
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    华中师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王金庭;杨敏;桂超;李红艳;张棋飞
  • 通讯作者:
    张棋飞
基于蜂群算法和神经网络的通信调制识别研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨发权;李赞;李红艳;郝本建;潘忠显
  • 通讯作者:
    潘忠显
不同产地、不同生长年限人参SOD的比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国医院药学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    牛放;杨士慧;赵大庆;赵雨;张鑫;李红艳
  • 通讯作者:
    李红艳
基于时间聚合图的DTN网络最短时延路由算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    通信学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鹏;李红艳;张焘;李朋云
  • 通讯作者:
    李朋云

其他文献

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李红艳的其他基金

类胡萝卜素和花色苷(素)细胞内抗氧化协同/拮抗的分子作用机制
  • 批准号:
    21964012
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
四种深色农产品抗氧化协同作用及其分子生物学协同机制的研究
  • 批准号:
    31301433
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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