卡拉胶-明胶复合物的分子结构与相互作用机制：计算与实验相结合的研究

本研究通过计算模拟（分子对接/MD）与实验（Zeta电位/SEM）相结合的策略，系统性揭示了鱼明胶（FG）与κ-/ι-/λ-型卡拉胶在不同pH下的静电驱动复合机制，首次发现多种化学计量比（1:1,1:2,1:3）复合物形成规律，为理性设计明胶基功能凝胶体系提供了分子层面的理论依据。

　　

Highlight

分子对接和分子动力学模拟揭示了卡拉胶类型、链长和电荷密度对复合物稳定性的显著影响。长链卡拉胶（十糖）与明胶的结合能显著高于短链（四糖），其中λ-卡拉胶（Lcar）因具有最高硫酸化程度（每二糖三个硫酸基团）而展现最强结合亲和力。静电相互作用被确定为复合物形成的主要驱动力，明胶分子中带正电的氨基酸簇（如赖氨酸和精氨酸）与卡拉胶的硫酸基团形成稳定离子对。

Molecular docking

分子 docking 技术可快速筛选蛋白-配体构型以识别热力学最稳定的复合物。采用 AutoDock 软件评估四糖和十糖卡拉胶与明胶三螺旋模型的结合能。明胶分子中带正电与负电的氨基酸沿长链不规则分布并形成带电簇，构成结合位点（图1）。分子对接表明，长链十糖卡拉胶（尤其是λ-型）与明胶的结合能显著高于短链四糖，证实链长与电荷密度对结合稳定性的协同增强效应。

Conclusion

明胶在生物技术和食品科学中的日益广泛应用亟需深入理解其与功能配体的相互作用机制。本研究通过计算与实验相结合的策略，从分子层面揭示了鱼明胶（FG）与κ-、ι-、λ-卡拉胶相互作用的结构与能量特征。分子对接和分子动力学模拟表明，卡拉胶的硫酸化程度、链长及环境pH值共同调控复合物稳定性。λ-卡拉胶因最高电荷密度展现最强结合力，且首次发现其可形成1:1、1:2、1:3（卡拉胶:明胶）等多种化学计量比的复合物。Zeta电位分析证实pH依赖的电荷中和现象，扫描电镜（SEM）则观察到复合凝胶的微观结构重组。这些发现强调了分子结构与静电互补性在凝胶体系中的关键作用，为理性设计功能化明胶材料提供了理论基础。