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本综述聚焦植物蛋白，解析其结构（一级至四级结构）与功能（食品、药物递送等）关联，探讨 pH、温度等外部因素及挤压等加工技术的影响，介绍计算建模（分子动力学、AI）应用，展望其在靶向药物递送等领域的创新潜力。
植物蛋白质作为可持续食品系统、制药创新和功能材料的重要资源，其结构与功能的动态关系备受关注。蛋白质由 L-α- 氨基酸通过肽键聚合而成，具有一级、二级、三级和四级结构。一级结构由氨基酸序列组成，二级结构包括 α- 螺旋和 β- 折叠等，三级结构是多肽链的三维折叠，四级结构则涉及多个亚基的组装，这些结构深刻影响蛋白质的行为。
植物蛋白质的功能特性与其结构特征密切相关，涵盖生物活性、健康相关特性和营养方面，同时也包括技术功能特性，如溶解度、凝胶化能力和表面活性等。这些功能特性影响着蛋白质在食品加工、储存和制备过程中的表现，进而关系到食品质量和消费者接受度。
多种外部因素会对蛋白质结构产生影响，从而改变其功能特性。pH 值直接影响功能基团的电离，进而改变蛋白质的折叠、稳定性和活性；离子强度会影响分子内和分子间的静电相互作用，对蛋白质的溶解度和聚集情况产生作用；酶修饰如磷酸化等，也会显著影响生物分子尤其是蛋白质和酶的结构 - 功能关系。此外，热加工等处理技术同样会影响蛋白质构象，例如脉冲蛋白（PuP）的加工参数，如热处理（95℃，15min）和高压处理（HPP；600MPa，5℃，4min），会对其结构和功能产生多方面的影响，可通过差示扫描量热法（DSC）、溶解度、流变学、表面疏水性、乳化性能、持水能力和起泡性等技术进行评估。
在研究蛋白质的结构 - 功能关系时，计算建模是一种重要手段。蛋白质的结构和聚集行为对其在生物体和富含蛋白质产品中的功能至关重要，而结构又影响其交联、重塑和形成特定结构特征的能力，进而影响功能特性。确定蛋白质结构的方法可分为显微镜技术、光谱方法和基于计算机的建模方法，其中基于计算机的建模方法能够建立结构 - 功能关系。分子动力学模拟（MDS）利用物理定律分析分子随时间的运动，以预测分子水平的功能机制和相互作用；分子对接（MDock）则预测蛋白质 - 蛋白质相互作用行为，以形成稳定结构和相互作用表面的匹配；人工智能和机器学习作为新兴技术，基于数据库进行蛋白质结构 - 功能预测，有助于分析蛋白质序列、结构、相互作用和功能。
植物蛋白质因其生物相容性、可降解性和结构适应性，成为药物递送系统的优秀候选者。它们可作为药物递送系统中的共辅料，提高生物利用度、稳定性、吸附性、可及性和整体生物活性。基于植物蛋白的纳米材料如脂质体、聚合物、金属、磁性、杂化等纳米材料被用于不同疾病的治疗。例如，有研究开发了基于生物聚合物的核 - 壳纳米载体（BQX@PP@S NPs）以提高农药效率和作物生长，该纳米颗粒可将抗病毒剂冰清消（BQX）的抗紫外性提高 8.7 倍，增加叶面润湿性，并实现尿素响应释放，在体内对烟草花叶病毒（TMV）的保护作用比游离 BQX 高 1.4 倍，还能激活植物防御基因，使作物鲜重和干重分别增加 24.7% 和 19.9%，兼具农药增强剂和植物肥料的作用。还有研究开发了豌豆蛋白纳米颗粒和水解大米谷蛋白水凝胶用于封装姜黄素作为营养保健品，其中 P/H 比为 2:1 的凝胶具有优异的性能，包括小油滴尺寸（1.02–1.42 μm）、出色的储存和冻融稳定性、致密的 3D 网络、高刚度和应变敏感性，同时具有高脂质消化率（96.1%）、姜黄素生物可及性（58.9%）和稳定性（94.2%），显示出作为亲脂性营养保健品有效食用递送系统的潜力。
植物蛋白质不仅可用于生物活性物质的递送，还可作为靶向药物递送系统。靶向药物递送系统将药物和其他生物活性分子以活性形式导向特定的细胞、组织或器官，确保所需的治疗反应，有助于在靶区达到最佳药物浓度，最大限度地发挥治疗效果，同时最小化或避免对邻近健康组织或器官的副作用。例如，有研究开发了 cRGDfk 和二氢卟酚 e6 共轭丝素蛋白基纳米颗粒用于靶向药物递送和光动力疗法（PDT），这些多功能纳米颗粒在 αvβ3 整合素受体过度表达的 MGC-803 细胞中显示出 PDT 潜力和主动靶向性，可诱导高水平的活性氧（ROS）和显著的细胞死亡，在胃癌异种移植小鼠模型中，该纳米颗粒与 PDT 结合可有效减轻肿瘤负担，同时显示出优异的生物相容性，在器官中无显著毒性。另一项研究利用酪蛋白或麦醇溶蛋白与原花青素（PAC）之间的简单亲和结合方法开发了蛋白质 - 原花青素（PAC）杂化纳米颗粒，在最佳条件下，纳米颗粒尺寸约为 30 nm，与纯 PAC 相比，在氯化钠、紫外线辐射和热处理下抗氧化能力提高（12–26%），对肝细胞无细胞毒性，但对 HepG2 肝癌细胞显示出高细胞毒性。
综上所述，植物蛋白质的结构特性决定了其与其他分子的相互作用及其对环境条件的响应，进而影响其在各种工业过程中的应用。理解这些关系为定制蛋白质功能提供了基础，随着蛋白质工程的进步，如基因修饰和计算建模，“智能” 药物递送系统得以开发，能够适应生理条件。分子动力学模拟和机器学习模型（包括 AlphaFold）等技术可预测蛋白质结构及其相互作用，有助于基于蛋白质的材料在制药和食品功能方面的合理设计，使植物蛋白质在食品科学、生物技术和药物递送等领域的创新前沿占据重要地位。
