全 文 ：食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 2012年 第37卷 第2期提取物与应用
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神秘果是一种在非洲西部地区的灌木丛中进
行生长的特殊水果。1968年[1]发现神秘果中有一种
收稿日期：2011-04-21 *通讯作者
基金项目：2010年北京工业大学国家大学生创新性实验计划项目(101000531)。
作者简介：刘祺(1990—)，男，北京人，研究方向为生物技术。
名为神秘果素的物质，其功能是将酸性食物在一
定时间(1~2 h)内变成甜味[2]，同时它又可以提高胰
刘 祺，马雪梅*，赵鹏翔
(北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京 100124)
摘要：神秘果素(miraculin, MIR)是在神秘果中(Synsepalum dulcificum)发现的一种变味糖蛋白，又
称为变味魔术师。神秘果素由191个氨基酸组成，其主要活性形式为二聚体和四聚体，His-30
和His-60是这个糖蛋白的活性中心位点，Asn-42和Asn-186是神秘果素的糖基化位点，Cys对蛋
白的结构和折叠也有一定的影响。神秘果素本身并没有甜味，在中性条件下不表现出活性，但
是在酸性条件下能够产生让酸的食物变甜的活性，并且这种影响能够持续一段时间(1~2 h)；另
一方面，神秘果素能够在一定程度上提高糖尿病动物对胰岛素的敏感性。最新的制备方法是通
过从神秘果中直接提取、转基因到植物中和在微生物中进行表达等方法。综述了神秘果素的结
构、功能和制备方法等方面的研究进展。
关键词：神秘果素；变味蛋白；糖蛋白
中图分类号：R 284 文献标志码： A 文章编号：1005-9989(2012)02-0222-04
Summarized on function and preparation of miraculin
LIU Qi, MA Xue-mei*, ZHAO Peng-xiang
(College of Life Science and Bio-engineering, Beijing University of Technology,
Beijing 100124)
Abstract: Miraculin, a taste-modify glycoprotein, is first discovered in the miracle fruit (Synsepalum
dulcifi cum). Miraculin is made up of 191 amino acids, and the main active forms of it are dimmers and
tetramers, in which His-30 and His-60 are the active centers. Cys also plays a role in its structure forming
and folding to some degree. The glycosylation sites of miraculin are Asn-42 and Asn-186. Miraculin itself
does not taste sweet, and in the neutral pH condition it does not show any activity either. But under acidic
condition, it can bring about an activity of changing food from sour to sweet, which may last for 1~2 h.
On the side, miraculin can increase the sensitivity of diabetic animals to insulin. The latest preparation
methods of miraculin are direct extraction from Synsepalum dulcifi cum and expressing in transgenic plants
or microbiology. In this paper, we summarized the miraculin structure, function and preparation methods in
many latest researches.
Key words: miraculin; taste-modify protein; glycoprotein
神秘果素的研究进展
DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2012.02.005
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岛素对于糖尿病动物的敏感性[3]。如果将它作为
蔗糖的一种替代品，可以为治疗糖尿病的方法上
开创一条新的道路。因为神秘果的种植需要一定
的环境，在我国只有少数地区可以进行种植，并
且神秘果本身果实比较小，再加上神秘果素在神
秘果中的含量低等诸多原因导致了神秘果素的价
格昂贵，大量生产的成本高，阻碍了神秘果素的
广泛应用。因此只有深入了解神秘果素的结构、
功能等因素，才能为大规模的制备打下良好的基
础。本文主要是对目前的神秘果的结构、功能和
制备方法做一个总结。
1 神秘果素的结构与功能
神秘果素活性的发挥绝大部分原因取决于它
的结构。在它的结构当中，Cys、His和Asn是与其
活性强弱密切相关的3种氨基酸。
1.1 神秘果素的结构
神 秘 果 素 是 一 种 碱 性 的 蛋 白 ( G e n B a n k
注：A为氨基酸的一级结构；B为氨基酸的二级结构以及相应的重要氨基酸的位点；H为是主要的活性位点；C主要和
结构的稳定有关；N是其糖的结合位点。
图1 神秘果素的结构
A.
1-DSAPNPVLDI DGEKLRTGTN YYIVPVLRDH GGGLTVSATT
41-PNGTFVCPPR DRPLAFFPEN PKEDVVRVST VVQTRKEVDH
81-DLNINFSAFM PCRWTSSTVW RLDKYDESTG QYFVTIGGVK
121-GNPGPETISS WFKIEEFCGS GFYKLVFCPT VCGSCKVKCG
141-DVGIYIDQKG RRRLALSDKP FAFEFNKTVY F
B.
accession number AB512278)，等电点约为9[4]。在
酸性境下可以表现出活性[5]，并且在pH为3.0的时
候，发挥的效果最大，在中性条件(pH6.0)下不表
现出活性[6]。神秘果素的一级结构由有220个氨基
酸组成，其中有29个是信号肽，191个是成熟肽
(图1.A)[7]。其二级结构(图1.B)中包含二级结构包含
有9.9%的α-螺旋，76.7%的β-折叠以及剩余的
转角和无规则卷曲组成[8]。Paladino等[9]人研究出神
秘果素单体形式没有活性，二聚体或者是四聚体
形式表现出活性。
1.2 神秘果素结构与功能关系
神秘果素中的Cys、His以及Asn3个氨基酸位
点对神秘果素结构的稳定性以及神秘果素的活性
有着重要的作用。
Ito.等人[10]做的突变实验中表明，不同的Cys
两两之间会形成二硫键，将会影响神秘果素的稳
定性以及活性，同时其带来的作用也不相同，
Cys-47和Cys-92之间形成的二硫键，虽然它对于
这个神秘果素来讲是重要的，但是同时它也会对
神秘果素的正确折叠产生影响，将会使稳定性降
低，产品率下降，因此对于神秘果素而言，Cys-
47和Cys-92之间的二硫键对于结构的稳定性的贡
献不是很大；相对的，Cys-148和Cys-159之间的
二硫键却对结构的稳定性起着很重要的作用，
因此Cys-148和Cys-159之间的二硫键是必不可少
的；Cys-152和Cys-155之间的二硫键对于结构和
活性的影响既不是很大也不是很小，处于中间状
态；Cys-138将会在两个单体之间形成二硫键，以
使得结构稳定。
对于其中的His却提供着与Cys不同的作用，
Ito[2,6]等人的研究发现His-30和His-60是神秘果素
的活性位点，其中His-30是最为重要的；同时还
发现了组氨酸的二聚体在结构的外层，由于2个亚
基通过2个C138的二硫键连接着，所以2个His处在
2个亚基之间的交界处[11]。Antonella Paladino[5]在他
关于神秘果素的分子动力学模拟学实验中，分别
在pH为3和7的环境下，通过测定神秘果素和其不
同的突变体的回转半径以及均方根偏差的实验，
验证了神秘果素变味作用的原因：对于二聚体神
秘果素而言，在酸性条件下，2个带电的His被诱
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导，这种变化导致：在酸性条件下会比在中性条
件下更快地达到平衡；它在酸性条件下相对于中
性条件下，其单元结构之间的质量中心距离会加
大；pH会导致两个亚基的His-30重排，从而导致
His的位置拉近。这些变化会使得神秘果素的结
构会具有一定的开放性，这会使得它与受体相结
合，从而达到改变味觉的作用，进一步肯定了His
对于神秘果素活性的重要性。
Asn-42和Asn-186[4]是神秘果素的糖结合位
点，跟His的位置类似，处于2个单体之间，其碳
水化合物含量占总体的13.9%[12]。报道中指出这2
个糖基化的位点上至少有5种类型寡糖[6]，它对于
神秘果素的活性，折叠方式有一定的影响。
2 神秘果素的制备方法
目前的制备方法主要有从神秘果中直接提
取，在转基因的植物中进行提取以及利用微生物
进行表达等方法。
2.1 从神秘果中直接提取
在早期的研究中，提纯神秘果素的方法主要
是在碳酸盐的缓冲溶液(pH10.3)中，或者是其他高
碱性的环境中从神秘果中直接进行提取[13-15]，例
如在salmine或者是spermine提取[16]，但是早期的提
纯方法基本是在碱性条件下进行的，提取出来的
活性受到了很大的影响。现在已经基本不用这种
方法进行提纯了。
目 前 而 言 ， 直 接 从 神 秘 果 中 提 纯 的 方 法
比较好的就是Narendra Duhita[6]建立的用IMAC
(Immobilized Metal-Affinity Chromatography)镍柱一
步提取的方法，因为结构的原因，神秘果素的蛋
白中包含有多聚的His，所以会和镍发生强结合，
因此用IMAC镍柱进行色谱分离，能够得到很高纯
度的神秘果素，Narendra Duhita纯化的神秘果素的
纯度大于95%。
2.2 从转基因植物中制备
神秘果本身是一种植物，那么利用转基因
的方法就是利用转基因植物进行合成，而目前利
用转基因方法合成神秘果素的植物主要集中在番
茄、生菜以及草莓中。Sun等人[17-18]在番茄中表
达成功，Sugaya等人[19]在草莓中表达也同样获得
成功，在这之中草莓的表达略低于番茄，生菜
的表达也获得了成功，其产率与番茄相当。在
番茄表达的深入研究[20]中发现，mRNA和神秘果
素的积累量在不同的组织是不一样的，同时其
产量也与果实的成熟度有关，神秘果素的最高
的积累量在过于成熟的西红柿中表达的量最多
的，而mRNA的最大积累量则出现在番茄发红的
阶段；mRNA的产量最高的组织是那种胶状组织
中，神秘果素的积累量最高的则出现在植物的外
果皮中。Kyoko Hiwasa-Tanase的在有关番茄表达
的研究中指出，使用tMIR(native MIR terminator)
要高于用tNOS(nopaline synthase terminator)，在
sMIR(Synthetic gene encoding MIR protein)-tMIR的
结构中获得了最高的表达，达到了287 μg/g的鲜
重，同时引进神秘果素基因的番茄能够稳定的遗
传这一特性。
2.3 通过基因工程进行微生物的表达
在微生物中的表达是目前比较新的进展，在
米曲霉、啤酒酵母以及大肠杆菌中，表达都获得
了成功。在米曲霉中，Ito.等人[8]将神秘果素的基
因引入到了米曲霉中，并且获得了 2 mg/L的神秘
果素，但是其活性比神秘果中提取的活性略低，
在pH为3.0的时候其甜度分数是7，在pH为5.0的
时候，其甜度分数是5；在酵母中的表达的效果
低于其他的宿主细胞，同样也获得了2 mg/L的糖
蛋白，主要是由于N端的多糖过于巨大，导致了
它阻碍了蛋白的折叠，当把糖基化去掉后，活性
便可以恢复，其原因是在酵母中，其转入质粒的
DNA表达出来的产物虽然糖基化位点相同，但是
糖的体积却和nMIR(native MIR)不一样，所以才会
出现N端糖链过大，抑制神秘果素的活性，因此
当把糖链去除掉以后，会使其空间位阻减少，以
使得神秘果素正确折叠，并表达出活性。Tomomi
Matsuyama[21]等人在大肠杆菌中同样获得了成功，
进一步证明了糖链对于神秘果素的活性并不是必
要的。
3 问题与展望
目前神秘果素的大量生产依然是一个问题，
最新的进展还发现它的产量还受到基因用量和基
因背景的影响[22]，在有关Cys之间的二硫键对于
结构的稳定性的影响问题上，虽然Cys-47和Cys-
92对于结构的产生了负面的影响，如果突变成Ser
虽然改变了这种情况，增加了蛋白的可溶性，但
是它的活性很可能受到了很大的影响。在机理方
面，目前还没有一个很明确的阐述。在功能方
面，在不改变食品本身的性质的同时，它可以把
酸性食物变甜，而且神秘果素对于糖尿病的治疗
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也有着很重要的意义。社会的进步是一种必然的
趋势，但是糖尿病也随之成了社会发展带来的一
个弊端，正因为生活水平的提高，人们摄入糖的
量增加了很多，胰岛素是人体内调结人体血糖的
一个重要的激素。鉴于胰岛素对于糖的代谢速度
有限，如果人们长期持续这种高糖膳食的习惯，
就会导致长期的高血糖，长期的高血糖就很可能
成为增加糖尿病的发病率的一个因素。如果神秘
果素成为了糖的替代品，除了减少蔗糖的摄入，
对于糖尿病人来讲，也会提高胰岛素的敏感性；
另一个角度来讲，如果食物中加入了神秘果素，
那么食物的味道也就无所谓了，只要是酸性的食
物，吃到嘴里都是甜的，在中药中如果加入了这
种东西，在不影响药效的情况下，会好吃很多，
可以缓解对于儿童不爱吃中药的问题。但由于本
身属于天然产物，其含量会很低，再加上果实的
数量少，能提取的神秘果素微乎其微，同时，神
秘果属于热带产品，因此成本也会很高。现今迫
切解决的问题就是它的大量生产问题。
它的机理至今不明确，很可能是因为产量低
才受到了限制。虽然目前它会提高胰岛素敏感性
的作用还没有在人体上得到验证，但是已经在小
鼠体内得到了实验数据，通过将来的逐步改造，
很有可能会成为新一代缓解糖尿病的措施。综合
来看，神秘果素如果能够大量生产，将会开辟一
个很大的市场。
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