（物理化学专业论文）糖类与有机小分子相互作用的电化学研究及应用.pdf

摘要 糖类与有机小分子相互作用的电化学 研究及应用 物理化学专业研究生彭秀英 指导教师李念兵教授 摘要 近几十年来，糖类的研究取得了很大的进展，人们逐步了解了糖类的结构与功能，也逐 渐认识到糖类对于生物体的重要性，并非只是简单的能源物质，有关糖类的研究将成为生命 科学的中心课题。糖类是生物体的主要能源物质，也是重要的信息分子，它参与许多生理和 病理过程，许多疾病的发生和治疗都与糖类有密切关系此外，许多糖类还具有特殊的生物 活性，在食品、医药、化妆品等领域具有很大的应用价值。因此对糖类物质的研究与检测， 具有重要的现实意义本论文主要采j 电化学的方法对染料小分子与生物大分子粘多糖的相 互作用，以及硼酸体系对糖类的识别作用进行了详细的研究主要研究工作如下： 1 甲苯胺蓝与肝素相互作用的电化学研究及应用 运用循环伏安法研究了在p h5 8 0 的b r 缓冲溶液中，甲苯胺蓝f r b ) 与肝素的相互作用及 定量关系t b 是一种碱性阳离子染料，在玻碳电极有一对很好的氧化还原峰，与阴离子大 分子肝素作用后形成复合物，使得峰电流明显降低，但峰电位基本不变考察了溶液p h 值、 t b 浓度、离子强度以及乙醇对t b 与肝紊相互作用的影响其蜂电流的降低值与肝素钠浓 度在1 0 2 0 0 蜉l n l 1 范围内星良好的线性关系，检出限为0 4 4 1 u gm l 1 ，7 - - 种 电化学测定肝素的方法本法用于肝素钠注射液效价的测定，结果满意同时还利用量子化 学的a m l 法计算了t b 与肝素结合前后的电荷密度变化，并对t b 与肝素相互作用的机理 进行了讨论。 2 甲苯胺蓝与透明质酸相互作用电化学研究及其应用 透明质酸是一种酸性粘多糖，分子内含有大量的羧酸基，研究结果表明透明质酸能够与 两南人学硕七学位论文 阳离子染料( t b ) 结合，形成不具有电化学活性的复合物，致使 1 1 3 的氧化还原峰电流降 低，但峰电位基本不变考察了溶液p h 值、t b 浓度，离子强度以及乙醇对t b 与透明质 酸相互作用的影响。t b 峰电流的降低值与透明质酸钠浓度在5 o 3 0 0 l a g m l 。范阐内呈良 好的线性关系，检出限为2 8 1 l a gm l 一本法用于润洁滴眼露中透明质酸钠含蛀的测定，结 果满意 3 3 - - 氨基苯硼酸的电化学行为及其对单糖的识别 研究发现3 一氮基苯硼酸( a p b a ) 在裸玻碳电极上，在较宽的扫描电位范围内，具有 良好的电化学活性，而且在第二圈扫描时，在0 v 附近出现一个新的氧化峰当溶液中引入 单塘后。该峰峰电流明显降低，但峰电位基本不变；且该峰电流的降低值与单糖的浓度在一 定范围内呈良好的线性关系，由此建立了一种快捷的糖类的识别方法。本实验具体研究了 a p b a 的电化学行为，考察了溶液p h 值及a p b a 浓度对体系测定的影响，研究了果糖，甘露 糖和半乳糖三种单糖与a p b a 作用的浓度交化曲线 4 苯硼酸自组装膜对葡萄糖的电化学识别 采用自组装膜技术将半胱胺组装在a u 电极表面，再利用戊二醛作为交联剂连接a p b a ， 在电极表面形成带有硼酸基的自组装膜采用循环伏安和差分脉冲法，并结合紫外一可见光谱 和交流阻抗技术研究了该自组装膜对葡萄糖的识别作用，详细探讨了温度和时间对自组装膜 与葡萄糖的相互作用的影响，研究表明在适宜的温度条件下，适当延长反应时间。能够很好 的促进硼酸与糖两者之间的结合，显著提高硼酸自组装膜对糖的识别作用。 关键词：电化学自组装膜甲苯胺蓝肝素透明质酸苯硼酸单糖 a b s t r a c t e l e c t r o c h e m i c a ls t u d yo nt h ei n t e r a c t i o no f s a c c h a r i d e sw i t hs m a l lo r g a n i cm o l e c u l e sa n d t h e i r a p p l i c a t i o n m a s t e ro f p h y s i c a lc h e m i s t r y ：x i uy i n gp e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r n i a nb i n gl i a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，as i g n i f i c a n ta d v a n c e sh a v eb e e nm a d ei nc a r b o h y d r a t er e s e a r c h ， t h ek n o w l e d g eo ft h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no fc a r b o h y d r a t e sh a sb e e ng r a d u a l l y o b t a i n e d ，a n dt h ei m p o r t a n c eo fs a c c h a r i d e st ot h el i f e ，n o tj u s ta sak i n do fs i m p l e e n e r g ys u b s t a n c e s ，h a sa l s ob e e nr e a l i z e d t h er e s e a r c h e so fc a r b o h y d r a t ew i l lb e c o m e t h ee m p h a s e so fl i f cs c i e n c e s s a c c h a r i d e sa r en o to n l yt h em a i ne n e r g ys u b s t a n c e s ，b u t a l s oa sam o l e c u l a rw i t ht h ef u n c t i o no fc a r r y i n gi n f o r m a t i o n ，p a r t i c i p a t ei nm a n y p h y s i o l o g i c a la n dp a t h o l o g i c a lp r o c e s s e s t h e r ea r eal o to fd i s e a s e st i g h t l yr e l a t e dt o s a e c h a r i d e s m o r e o v e r , ag r e a tm a n ys a c c h a r i d e sw i t hs o m es p e c i a lb i o l o g i c a la c t i v i t i e s h a v ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o n si nt h ef i e l do ff o o d ，m e d i c i n ea n dc o s m e t i c t h e r e f o r e ，t h e i n v e s t i g a t i o na n dd e t e r m i n a t i o no f s a c c h a r i d e sm a k eav e r yr e a l i s t i cs i g n i f i c a n c e i nt h i s p a p e r , e l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d sa r em a i n l yu s e d t os t u d yt h ei n t e r a c t i o no ft h e b i o l o g i c a lm a c r o m o l e c u l a rg l y c o s a m i n o g l y c a nw i t has m a l lm o l e c u l a rd y ea n dt h eb o r o n i ca c i d s y s t e mf o rt h er e c o g n i t i o no f s a c c h a r i d e s 1 e l e c t r o c h e m i c a ls t u d y0 1 1t h ei n t e r a c t i o no fh e p a r i nw i t ht o l u i d i n eb l u ea n di t sa n a l y t i c a l a p p l i c a t i o n t h ei n t e r a c t i o no fh e p a r i nw i t ht o l u i d i n eb l u e ( t b ) w a ss t u d i e db yv o l t a m m e t r yi n t h i sp a p e r i np h5 8b r i t t o n - r o b i n s o n r ) b u f f e r , h e p a r i n ，w h i c hi si nn e g a t i v e l y i i i 坚竺竺! ! ! ! 空! ! ! ! ! ! ! 竺坠竺堕：! 堡丝 c h a r g e d ，c 蜘e a s i l yb i n dt ot h ep o s i t i v e l yc h a r g e dt bt of o r m as u p e r 。m o l e c u l a r i o n - a s s o c i a t i o nc o m p l e x d u et ot h ef o r m a t i o no ft h ec o m p l e x ，t h ew e l l d e f i n e dr e d o x p e a k so ft ba tt h eg l a s sc a r b o ne l e c t r o d ed e c r e a s e dc o r r e s p o n d i n g l yw i t h o u tt h e m o v e m e n to ft h ep e a kp o t e n t i a la f t e rt h ea d d i t i o no fh e p a r i n t h er e a c t i o nc o n d i t i o n s w e r eo p t i m i z e dc a r e f u l l y ，i n c l u d i n gp hv a l u e ，t h ec o n c e n t r a t i o no ft b ，i o n i cs t r e n g t h a r t de t h a n 0 1 b a s e d0 1 1 t h ed e c r e a s eo ft h ep e a kc u r r e n to fi 1 3s o l u t i o n ，an e w e l e c t r o c h e m i c a la n a l y t i c a lm e t h o dw a se s t a b l i s h e df u rh e p a r i nw i t ht h el i n e a rr a n g e f r o m1 0t o2 0 0l a gm l a n dt h ed e t e c t i o nl i m i to f 0 4 4l a gm l - 1 t h i sn e wm e t h o dw a s a p p l i e dt o t h ed e t e r m i n a t i o no fh e p a r i ni nh c p a r i ns o d i u mi n j e c t i o ns a m p l e sw i t h s a t i s f a c t o r yr e s u l t s m o r e o v e r ，t h ei n t e r a c t i o nm e c h a n i s mo fh e p a r i nw i t ht ba n dt h e c h a n g er e a s o no f t h ee l e c t r o c h e m i c a lr e s p o n s eh a v e b e e np r i m a r i l yd i s c u s s e d 2 e l e c t r o c h e m i c a ls t u d yo l it h ei n t e r a c t i o no fh y a l u r o n i ca c i dw i t h t o l u i d i n eb l u ea n di t sa n a l y t i c a la p p l i c a t i o n h y a l a r o n i ca c i d ( h a ) b e l o n g i n gt o a c i d i cg l y c o s a m i n o g l y c a nf a m i l y ，w i t hag r e a t m a n yo f c a r b o x y lg r o u p si ni t sm o l e c u l e ，c a nb i n dw i t hc a t i o n i cd y et b t of o r mac o m p l e xw i t h o u t a n ye l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t i e s ，w h i c hm a k e st h ed e c r e a s eo ft h ef e d o xp e a kc u r r e n to ft b t h e r e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e di n c l u d i n gp hv a l u e ，t h ec o n c e n t r a t i o no ft b ，i o n i c s t r e n g t ha n de t h a n 0 1 b a s e do nt h ed e c r e a s eo ft h ep e a kc u r r e n to ft bs o l u t i o n ，an e w e l e c t r o c h e m i c a la n a l y t i c a lm e t h o dw a se s t a b l i s h e df o rh aw i t ht h el i n e a rr a n g ef r o m 5 0t o3 0 0l a gm l - 1a n dt h ed e t e c t i o nl i m i to f2 8 1 l a gm l - 1 t h i sn e wm e t h o dw a s a p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no f h a i nm i o c l e a re y ed r o p sw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s 3 e l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o ro f3 - a m i n o p h e n y l b o r o n i ca c i da n di t s r e c o g n i t i o nf o rm o n o s a c c h a r i d e s ad i r e c ta p p r o a c hf o rt h ed e t e c t i o no fs a c e h a r i d e sh a sb e e nd e v e l o p e dt h a ti sb a s e d o nt h ec o v a l e n ti n t e r a c t i o nb e t w e e nt h eb o r o n i c a c i da n ds a e c h a f i d e s 3 - a m i n o p h e n y l b o r o n i ca c i d ( a p b a ) s h o w e dc e r t a i ne l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o ra tt h e g l a s sc a r b o ne l e c t r o d ei naw i d es c a n n i n gp o t e n t i a lr a n g eo f _ o 4 0 8v a n dp r o d u c e d an e wo x i d a t i o np e a ka t0 0v a p p r o x i m a t e l ya tt h es e c o n dc y c l i cv o l t a m m e t r i cs w e e p i v a b s t r a c t d u et ot h ef o r m a t i o no fb o r o n i ca c i d - s a c c h a r i d ec o m p l e x ，t h i sp e a ko fa p b aa tt h e g l a s sc a r b o ne l e c t r o d ed e c r e a s e dc o r r e s p o n d i n g l yw i t h o u tt h em o v e m e n to ft h ep e a k p o t e n t i a l a f t e rt h ea d d i t i o no fs a c c h a r i d ea n dt h ec h a n g eo fw h i c hw a ss a c c h a r i d e c o n c e n t r a t i o nd e p e n d e n t t h ee l e c t r o c h e m i c a lb e h a v i o ro fa p b aw a ss t u d i e dc o n c r e t d y , a n dt h ee f f e c to fp hv a l u ea n dt h ec o n c e n t r a t i o no fa p b ao nt h eb o r o n i ea c i da n d f r u c t o s es y s t e mw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d t h r e ek i n d so fs a c c h a r i d e sc o u l db ed e t e c t e d a n dg o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i pw a so b t a i n e db yt h i sm e t h o d 4 p h e n y l b o r o n i ca c i ds e l f - a s s e m b l e dm e m b r a n eo ng o l de l e c t r o d ef o r r e c o g n i t i o nf o rg l u c o s e an o v e ls a c c h a r i d es e n s o rw a sf a b r i c a t e db yi m m o b i l i z i n ga p b ao nc y s t e a m i n e h y d r o c h l o r i d e ( c y s ) m o d i f i e dg o l de l e c t r o d ew i t hg l u t a r a l d e h y d el i n k a g e t h eb o r o n i c a c i dg r o u po f t h es e n s o rc a nb o n dc o v a l e n t l yw i t hs a c c h a r i d e ，w h i c hl e a d st ot h ec h a n g e o ft h ee l e c t r o c h e m i c a l s i g n a l c y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n dd i f f e r e n t i a lp u l s e v o l t a m m e t r y ( d p v lw e r eu s e d t o s t u d y t h er e s p o n s eo fp h e n y l b o r o n i ea c i d s e l f - a s s e m b l e dm e m b r a n et og l u c o s ea sam o d e ls a c c h a r i d e ，m a i n l yc o n t a i n i n gt h e i n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r ea n dt i m eo nt h ei n t e r a c t i o no fb o r o n i ea c i da n dg l u c o s e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m ea si m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c tt h e i n t e r a c t i o nb e t w e e np h e n y l b o r o n i ca c i da n dg l u c o s e ，a n di ti sg o o df o rt h er e a c t i o no f b o r o n i ca c i da n dg l u c o s eb yp r o l o n g i n gt h er e a c t i o nt i m ep r o p e r l ya tt h eo p t i m a l t e m p e r a t u r e ，a n de n h a n c e st h er e c o g n i t i o no fp h e n y l b o r o n i ca c i ds e l f - a s s e m b l e d m e m b r a n ef o rg l u c o s eo b v i o u s l y t h i ss e l f - a s s e m b l e dm e m b r a n ei se x p e c t e dt oa p p l yt o t h ee l e c t r o c h e m i c a lr e c o g n i t i o nf o ro t h e rs a c c h a r i d e s k e y w o r d s ：e l e c t r o c h e m i s t r y ；s e l f - a s s e m b l e dm e m b r a n e ；t o l u i d i n eb l u e ； h e p a r i n ；h y a l u r o n i ca c i d ；p h e n ， l b o r o n i ca c i d ；m o n o s a c c h a r i d e v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者：彭毳茨 签字日期：2 0 0 7 年4 月20 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究 生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：彭磊莨 签字日期：功7 年印月w 日 学位论文作者毕业后去向： 乏作单位：一 通讯地址： 导师签名：一詈多够唔 签字日期：矽7 年午月y 日 邮编： 第一章综述 第一章综述 1 1 糖类概述 糖类又称碳水化合物，是自然界存在最多、分布最广的一类有机化合物，是，e 物体的主要能源物质和重要的组成成分。它与蛋白质及核酸共同构成了生命过程 所需的三类基本物质。 1 1 1 糖类的分布 糖类广泛分布于生物体内，几乎所有的动物、植物、微生物的体内都含有糖， 植物体内含量最高，约占其干重的8 0 - 9 0 0 ，其中又以纤维素最为丰富，是构成 植物根、茎、叶骨架的主要成分。人和动物的组织器官中所含的糖类，不超过身 体干重的2 ，动物体内的单糖主要是血液中的葡萄糖，多糖则存在动物的细胞中。 微生物体内的含糖量约占身体干重的1 0 1 3 ，有的呈游离状态，有的与蛋白质、 脂肪结合成复杂的物质。 1 1 2 糖类的分类 糖类的种类繁多。按功能基团的不同，可分为醛糖、酮糖、糖醇和糖醛酸四大 类；按照糖的氧化还原特性，可以分成还原性糖和非还原性糖，醛糖属于还原性 糖，酮糖属于非还原性糖；而按照组成糖类成分的糖基个数，又可将糖类分为摹 糖、寡糖和多糖三类。单糖依照其碳原子数目的不同分为丙楮、丁糖、戊搪、己 糖和庚糖，现已发现的天然单糖有2 0 0 多种，以戊糖、己糖最多见。大多数单塘 在生物体内是呈结合状态的，仅葡萄糖和果糖等少数单糖呈游离状态。寡糖也称 低聚糖，是由2 l o 个单糖分子缩聚而成。构成寡糖的单糖主要是五碳糖和六碳 糖，植物体内分布最广且呈游离状态的寡糖是蔗糖。现已发现，激素、抗体、维 生素、生长素以及细胞膜中都含有寡糖。而多糖则是由多个单糖分子缩合、失水 而成的。由一种单糖组成的多糖，称为均多糖。由两种和两种以上不同的单糖组 成的多糖，称杂多塘。在多糖结构中除单糖外，还含有糖醛酸、去氧糖、氨基糖 与糖醇等，且可有其他的取代基。多糖广泛存在于动、植物及微生物中。 1 1 3 糖类的主要功能 两南大学硕士学能论文 ( 1 ) 糖类足生物体的主要能源和碳源物质：糖类在生物体内能够转化成其他化 合物( 比如某些氨基酸、核苷酸、脂肪酸等) ，并提供碳原子和碳链骨架，是构成细 胞和组织的主要成分。( 2 ) 糖类对生物体的支撑、保护作用：一些多糖分子内部结 构堆砌紧密，适于作强韧的结构材料。植物细胞壁的主要成分是纤维素，壳聚糖 则是昆虫等生物体外壳的主要成分。细菌的细胞壁是由刚性的肽聚糖组成，它们 保护着细胞膜免受机械力和渗透作用的损伤，同时还能使细菌具有特定的形状。( 3 ) 糖类是储藏的养料：糖类以颗粒状态储存于细胞质中，如植物的淀粉、动物肝脏 和肌肉中的糖元，在能量物质缺乏时备用。( 4 ) 糖类是细胞识别作用的信息分子： 糖蛋白是低聚糖与多肽链的复合物，是细胞表面不可缺少的组成物质，也是细胞 识别机制的必要组成部分。细胞表面糖蛋白的作用好比是细胞与细胞、细胞与其 他大分子之间的联络文字，通过其表面的糖蛋白识别其他细胞或分子，并接受它们 携带的信息。 1 1 4 糖类的研究进展 糖的生命科学几乎与蛋白质的生命科学同时诞生，但是糖类的研究远远落后 于蛋白质和核酸研究的飞跃发展f 1 4 1 。这主要是由于理论上简单化- 人们过低地 估计了糖类对生命过程的贡献。过去，药理学家们认为糖类只不过是一种能源和细 胞的内支撑物；在药物化学家考虑糖类合成时只涉及到一个基本反应，碳氧键的形 成，觉得化学反应是简单的。方法上困难重重：由于糖类的纯化处理和结构鉴定 都令人十分烦恼，因此没有人肯在方法上花很多工夫，许多人绕着走【1 】。1 9 8 8 年， 英国几位多年从事糖类研究者首次提出“糖生物学”这个名词 3 】；1 9 9 3 年，在美 国召开的第一届糖工程年会上，会议主席指出，“糖生物学”这一生物化学的最 后一个重大的前沿正在迅速地来临【4 】。这标志着生命科学中- - 1 7 新的前沿学科一 糖生物学的诞生。近十几年来，随着分析技术的进步和分子生物学的发展，糖类的 研究进展极为迅速，而且已经渗透到生命科学的许多领域，成为继蛋白质、核酸 之后生物化学中的重大科学前沿。糖的相关研究结果表明，糖类是重要的信息分子， 参与许多生理和病理过程，许多疾病的发生和治疗与糖类有密切关系。 糖蛋白和糖酯都是细胞膜的重要组成成分，对细胞的生长、发育、分化代谢、 识别反应和免疫反应起调节作用。而糖蛋白、糖脂中的糖链则作为信息分子在细 胞的发展过程中发挥着重要的作用。现代科学研究发现，在细胞发展过程中，糖类 2 第一莒综述 分子决定两个相反的基本细胞操作过程：正确地保持自身免疫防御体系( 抗细 菌、病毒感染) ：当细胞脱轨、出现f 1 身免疫疾病或癌症时，细胞表面的糖分子 就改变结构和组成。当代主流化学家们j f 在认识到这样的事实：糖类是天才，绝妙 的简明信息箱【l ，2 】。此外，糖类还可以作为信息分子的受体，通过糖类和蛋白质 的相互作用诱发很多生理和病理过程。糖蛋白激素的受体是糖酯类物质；一些细 菌外毒素的受体可以是糖酯也可以是糖蛋白。病毒和细菌等病原体对宿主细胞的 感染也都是以病原体表面的凝集素类和宿主细胞的粘着为前奏的【5 】。 糖类也是基因信息的延续，在基因组学和蛋白质组学发展的同时，糖组学也 受到重视【6 】糖类常以糖蛋白的形式存在于细胞表面，影响糖蛋白的功能，借此 区别细胞和分子，同时用于细胞之间信息的传递。但是，基因并不能直接编码糖 链的结构，而是通过编码糖基转移酶，后者再催化合成糖苷键。因此，糖类是基 因的次级产物 5 】。那么这些基因是如何调控糖链的合成以及基因所编码的生命信 息如何通过糖链来体还是一个有待探索的命题。基因对细胞生命活动的调控是由 基因所编码的蛋白质及其所合成的脂类和糖链来体现的，因此基因功能的阐明不 仅需要进行功能基因组学研究，而且还必须开展功能蛋白质组学和功能糖组学研 究 7 】。 总之，糖类和蛋白质、核酸一起构成了生命过程的基本、核心的物质，它涉 及到很多生命过程的主体方面，包括物质运输、能量转移及分子之间的相互作用， 有关糖的研究将成为未来生命科学的中心研究课题。 1 2 多糖的研究进展 1 2 i 前言 多糖又称聚糖，是由醛糖或酮糖通过脱水形成糖苷键，并以糖苷键线性或分 枝连接而成的链状聚合物，是一类具有广泛生物活性的生物大分子物质。它广泛 分布于动物、植物及微生物中，是自然界中含量晟丰富的生物聚合物，也是构成、 维持生命活动正常运作的基本物质之一。 对多糖的研究最早是在2 0 世纪4 0 年代，5 0 年代末人们发现真菌多糖具有抗肿 瘤活性以来，多塘的研究受到越来越广泛的重视，多糖的许多特殊的生物活性功 能也逐渐被发现。现已发现不少多糖物质及其衍生物具有药用价值，尤其在抗肿 3 两南人学硕十学佗论文 瘤、抗病毒、抗凝血、抗血栓、调衄脂、调节免疫功能及抗放射方面有显著的药 理作用与疗效。多糖的毒副作用小。而且多数无毒，是比较理想的药物，如昆布 多糖和肝素有抗凝血作用，硫酸软骨素可防止血管硬化，香菇多糖、银耳多糖、 刺五加多塘、黄芪多塘、灵芝多糖、酵母葡聚糖、茯苓多糖、地黄多糖、枸杞多 糖等具有增强免疫功能和抗癌作用等【8 1 0 】。多糖与免疫功能的调节、细胞与细胞 的识别、细胞问物质的运输、癌症的诊断与治疗等有着密切的关系，例如：细菌 和病毒的抗原部分早已被人们所认识，疫苗的应用实际上是糖类的贡献。癌症和 病毒都有可能是由于糖码畸变造成的恶果( 包括自身变异和外来物质诱导发生的 j r 变异) 。目前，在食品、医药、化妆品、化工、石油钻探等工业领域，多糖已经 被广泛用做胶凝剂、增稠剂、药物载体、乳化剂、稳定剂、膜材料等。以多糖结 构、功能和药用研究为核心的塘工程被认为是继蛋白质工程、基因工程后生物化 学和分子生物学领域中最后一个巨大的科学问题，2 l 世纪应当是“多糖生命科学” 的时代。 1 2 2 多糖的来源及分类 多糖主要存在于动物细胞膜、植物和微生物细胞壁中，按其来源的不同，可 分为微生物多糖、植物多糖和动物多糖等。其中研究得最早且最多的，是从细菌 中得到的各种荚膜多糖，医药上主要用于疫苗随后，真菌多糖也获得了比较广 泛和深入的研究，如酵母菌多糖、食用菌多糖目前以香菇、灵芝、茯苓多糖研 究得较为清楚。 近几十年来，植物多糖的开发也倍受人们的青睐。人们发现从植物中提取的 多糖具有非常重要和特殊的生理活性。这些多糖通过参与细胞的各种活动，表现 出多种多样的生物功能，如调节免疫功能、降血糖、降血脂、抗炎、抗疲劳、抗 衰老等。植物多糖研究得比较深入的是稻草多糖、麦秸多糖、竹多糖、黄芪多糖、 刺五加多耱 1 l 】。植物来源的多糖类化合物由于它们的独特功能和很低的毒性，随 着研究的不断深入，在临床应用和保健食品开发上将有很广阔的前景。 动物多塘主要包括肝素、硫酸软骨素、透明质酸、壳聚糖。目前研究的最多、 最深入的是肝素，近年来硫酸软骨素、透明质酸以及壳聚糖的研究也得到了很大 的关注。肝素是一种酸性粘多糖，广泛存在于动物器官和组织中，是一种天然的 抗凝血物质，组分为氨基葡萄糖和两种糖醛酸，其中以艾杜糖为主，其次是葡萄 4 第一章综述 糖醛酸。硫酸软骨素是从动物软骨中提取出的糖胺聚糖类物质，是一种重要的话 胺聚糖成分，由长短不一的d 一葡萄糖醛酸和n 一乙酰一d 一氨基半乳糖构成的双 糖单位组成。根据分子结构中糖醛酸种类和氨基己糖上硫酸酯位置的差异，主要 分为a 、b 、c - - - 种类型透明质酸是一种天然的高分子直链多糖，它是由乙酰基 葡萄糖胺和葡萄糖醛酸交替连结面成的线性多塘它广泛分布在动物和人体组织 及细胞外基质中，是一种填充空间、稳定结构、涂层细胞和保护细胞的多糖。壳 聚糖即脱乙酰壳多糖，是甲壳素n 脱乙酰基的产物，是自然界唯一的碱性多糖 它具有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纤性、吸湿性及保湿性。现已发现这 些动物多糖普遍具有许多特殊的生物活性和药理作用。肝素不仅具有抗凝血、抗 血栓、调血腊的作用，而且还有抗炎症、抗过敏、免疫调节、抗病毒及抗肿瘤等 生物活性。硫酸软骨素具有特殊的免疫抑制作用，还可防止动脉粥样硬化，并在 临床上用于治疗风湿痛、关节炎、神经痛及腰痛有良好的效果。透明质酸可增姗+ 关节的润滑性，在剧烈运动时起减震作用，使关节免受伤害。壳聚糖作为药物载 体有极大的优越性，以壳聚糖为原料的药剂、助剂如缓释剂、控释剂、药用膜等， 具有多种功能。 1 2 3 多糖的结构及分析 与蛋白质和核酸相比，多糖是结构更为复杂的生物大分子。多糖结构的复杂 性无疑给寡糖链的结构测定和化学合成带来了很多困难。 多糖的结构分为初级结构和高级结构，初级结构为一级结构，高级结构为二、 三、四级结构多糖的一级结构是指糖基的组成、排列顺序。相邻糖基的连接方式， 异头碳构型以及糖链有无分支，分支的位置与长短等。糖的一级结构比较复杂，再 加上糖残基上可以连接硫酸基团、乙酯基团、磷酸基团、甲基化基团，这就更加剧 了糖一级结构的复杂性。多糖的二级结构是指多糖骨架链间以氢键结合的各种聚 合体，多糖的三级结构和四级结构是指9 - 级结构为基础，由于糖单位之间的非共 价相互作用，导致二级结构在有序的空间里产生的有规则的构象。 多糖结构的分析主要包括一级结构和高级结构的分析。 多糖一级结构的分析方法很多，主要分为三大类：化学分析法、仪器分析法、 生物学方法0 2 。化学分析法包括水解法、高碘酸氧化法、s m i t h 裂解法、甲基化 法等，这些方法已较成熟，是多糖一级结构分析不可缺少的重要手段。仪器分析法 s 西南火学硕十学 市论文 是在化学分析法的基础上更进一步地了解和研究多糖的结构、特性。与化学分析 法相比。仪器分析法具有快速、准确、灵敏、操作方便等优点。用于糖链结构的仪 器分析方法主要有紫外光谱、红外光谱 1 3 】、液相色谱、质谱 1 4 ，1 5 、核磁共振 1 6 ， 1 7 】及电泳 1 8 】等。这些现代分析技术的出现、发展以及仪器的联用，大大推动了 糖链结构研究工作的发展。多糖的生物学分析方法主要有酶学法和免疫学法。目 前在多糖一级结构的分析中大多采用化学方法与物理方法相结合，可基本阐夥j 某 一多塘一级结构的大致特征。 多糖的高级结构的研究极为困难，近年来随着现代仪器分析技术的发展，多 糖高级结构的分析方面取得了重要进展。目前采用的方法有：x 一射线衍射法0 9 、 毛细管电泳法 2 0 - 2 2 、核磁共振谱法 2 3 2 6 、圆二色谱 2 7 ，2 8 、快原予轰击质谱 ( f a b - - m s ) 2 9 3 1 】、色质联用( g c - - m s ) 3 2 ，3 3 、原子力显微镜 3 4 3 7 。多糖结 构的鉴定和分析，对于多糖科学的发展有极其重要的意义，这是由于多糖的各种 生物活性与其结构、构象有着密切的关系，在这方面虽已取得了很大的进展，但仍 有诸多问题尚未解决，仍需科学工作者的继续努力。 1 2 4 多糖的生物活性 随着研究的深入，人们已发现越来越多的多糖在提高免疫、抗肿瘤、抗病毒、 抗炎、抗氧化作用、抗衰老、抗凝血、抗血栓、降血糖、降血脂等方面表现出较 强的生物活性。 ( 1 ) 调节免疫功能 多糖的免疫调节作用是其最重要的作用之一。多糖是一种免疫调节剂，主要 通过激活巨噬细胞、自然杀伤细胞( n k 细胞) 和t 、b 淋巴细胞等免疫细胞，网状 内皮系统和补体系统，诱生多种细胞因子，促进干扰素、白细胞介素等的产生、 促进抗体产生等 3 s 4 0 多途径、多层面来提高机体特异性和非特异性免疫功能， 从而发挥其对免疫功能的多方面调节作用。已证实不同的多糖具有不同的免疫促 进作用。香菇多糖、黄芪多糖、当归多糖、淫羊藿多糖等能不同程度地对小鼠腹 腔巨噬细胞的吞噬功能及活性起到增强效用。枸杞多糖、女贞子多糖是以增强t 细 胞功能为主的t 细胞免疫佐剂。当归多糖也可激活b 细胞使之分化成抗体生成细胞。 猪苓多糖、茯苓多糖、中华猕猴多楮及黄芪多糖均能刺激n k 细胞增殖，提高其活 性，增强其杀伤功能。人参多糖、刺五加多糖、甘草多搪、三七根多糖等活性多 6 第一章综述 糖可显著增强网状内皮系统的活性，并增加红细胞抗体的生成。柴胡多糖、艾叶 多糖、当归多糖、茯苓多糖、香菇多糖、车前子多糖、红枣多糖等体内外有抗补 体作用。它们激活补体系统的途径不同，如茯苓多搪和当归多糖是由替代通路激 活补体；香菇多糖、柴胡多糖、人参多糖则通过经典通路激活补体；而酸枣多糖 和车前予多糖则可由替代经典两条途径激活补体。而且大量实验表明，抗补体活性 多糖大多为酸性杂多糖，其酸性部分主要是半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸。灵芝多塘、 香菇多糖、枸杞多糖等大部分多糖能促进自细胞介索的生成。香菇多糖、云芝多 糖、黄芪多糖、人参多糖、柴胡多塘、刺五加多糖、银耳多糖及当归多糖等均能 诱生干扰素。 ( 2 ) 抗肿瘤 抗肿瘤活性是多糖类化合物显示的又一重要生物活性。通常，多数多糖本身 对肿瘤细胞并无直接杀伤作用，而是通过活化巨噬细胞、淋巴细胞，促进细胞因 子分泌，活化抗体而提高宿主肿瘤免疫功能，间接抑止或杀死肿瘤细胞的。此外， 多檐还可通过影响肿瘤细胞膜生化、抗自由基、诱导肿瘤细胞分化和凋亡，影响 肿瘤细胞微结构而发挥抗肿瘤作用。如香菇多糖是通过激活t 细胞、巨噬细胞、 a d c c 、n k 、l a k 细胞等起作用。eg u c h i 等 4 l 】研究发现，壳聚糖、硫酸酯等能 在内皮细胞表面形成一层糖屏障，保护膜结构的完整性，防止自由基的攻击；还 可与羟基自由基形成的金属离子结合，抑制并清除细胞内过多的自由基，保护或 减轻免疫系统的损伤而抗癌。鳖鱼软骨酸性多糖能有效保护d n a 免受自由基引起 的损伤，终止自由基反应过程，防止发生癌变。海藻多糖通过开放细胞膜通道和 促进细胞内钙释放两条途径增加癌细胞内c a 2 + 浓度，启动了癌细胞凋亡机n 4 2 。 此外，也有少数多糖具有细胞毒素，能够直接杀死肿瘤细胞，如灵芝多糖、枸杞 多糖、茯苓多糖、牛膝多糖、刺五加多糖等。 从细菌、真菌、酵母、地衣和高等植物中提取的多糖均具有抗肿瘤活性。其 中香菇多糖、裂裥多糖、猪苓多糖和云芝糖肽等已进入临床应用。多糖用于抗肿 瘤的特点是毒副作用小，除了能提高机体免疫功能抑制肿瘤生长外，与化疗药物 适当组合有协同作用，并可降低或免除化疗药物骨髓抑制等不良反应。所以有人 认为多糖应用于肿瘤治疗将是一个新的迷人的领域【4 3 】。 ( 3 ) 抗病毒 7 西南大学硕十学何论文 大量研究表明，许多多糖对艾滋病毒( h i v - - 1 ) 、单纯疱疹病遗、巨细胞病毒、 流感病毒、囊状胃炎病毒、劳斯肉瘤病毒和岛肉瘤病毒等多种病毒都有抑制作用 【4 4 】。多糖的硫酸基团是抗病毒活性的必须基团，如葡聚糖本身不具有抗病毒活性， 但硫酸葡聚楮则具有抗h i v 活性；再如香菇多糖硫酸化后形成香菇多糖硫酸酯，其 抗h i v