海洋生物活性物质活性多糖

1,第三章 海洋活性物质的结构与功效,2,多糖属于一类碳水化合物，一般由10个以上的单糖组成，分子可以是线性的，也可以有分支。由一种单糖构成的，称为均多糖；由两种或以上单糖构成的，称为杂多糖。多糖的单糖残基上可以带有非碳水化物基团，如氨基、硫酸基、酰胺基等，往往使多糖分子在溶液中含阴离子或阳离子，前者称为酸性多糖，后者称为碱性多糖，它们往往称为糖的衍生物。,一、 海洋生物活性多糖(polysaccharides),3,海洋活性多糖,海洋植物多糖,海洋动物多糖,海洋微生物多糖,按来源可分为,海洋微藻多糖,4,属于高分子碳水化合物。海藻：红藻多糖-琼胶、卡拉胶；褐藻多糖-褐藻胶、褐藻糖胶、褐藻淀粉；绿藻多糖等。海洋动物：甲壳质/壳聚糖；糖胺聚糖/酸性粘多糖等等。微藻：螺旋藻多糖、盐藻多糖等。微生物：黄原胶,多糖缀合物：又称复合多糖，糖蛋白,5,（一）海洋植物多糖,海藻是海洋植物的代表，含糖量丰富，一般约占藻体干重的50%以上,硫酸多糖，是维持海藻的生命活动所必需的基础物质,细胞内贮存多糖,细胞壁多糖,细胞间黏多糖,海藻纤维素，在藻体中主要起骨架支撑作用,海藻淀粉，起贮存能量的作用,陆地植物中尚未发现,淀粉（葡聚糖）是以葡萄糖单位结合而成的细胞质组成部分,6,红藻多糖：琼胶、卡拉胶,伊谷草属；石花菜属、鸡毛菜属；江蓠属,琼胶和卡拉胶是细胞壁内的填充物质，都是以半乳糖单位结合而成的半乳聚糖。琼胶的主要原料：真红藻纲的伊谷草目、石花菜目、江蓠目卡拉胶的主要原料：真红藻纲杉藻目所属的各种海藻，其中沙菜科、红翎菜科和杉藻科是最主要的原料,沙菜属；红翎菜属、麒麟菜属；杉藻属、银杏藻属、角叉菜属,7,琼胶和卡拉胶都是由半乳糖的衍生物构成的长链高分子多糖。,硫酸基含量高的多糖凝固力极弱（410%）或无凝固力（16%），反之凝固力强（如石花菜琼胶14%）,中性多糖,酸性多糖,8,羊栖菜,褐藻多糖褐藻胶褐藻糖胶褐藻淀粉,巨藻,细胞壁的填充物质,存在于细胞质,9,褐藻胶：在海带科中含量最高，一般在20%25%。,褐藻酸是1，4-联接的-D-甘露糖醛酸（M）和1，4-联接的-L-古罗糖醛酸（G）的复杂聚合物。褐藻酸中的M和G是以M-嵌段、G-嵌段、MG-嵌段共存的。,M,G,10,做为凝固剂、稳定剂、乳化剂和增稠剂等,食品及添加剂，应用于饮料、罐头、冰淇淋、果冻、调味品、乳制品及仿生食品等,褐藻胶、卡拉胶为添加剂可制成多种肠胃新药，制备肠溶性胶囊,褐藻胶的衍生物藻酸双酯可治疗脑血栓,褐藻胶、卡拉胶作为膳食纤维的降胆固醇、整肠、助消化作用,琼胶更多应用于食品添加剂和生化试剂,应用于食品工业,含羧基和硫酸基的多糖对人体有预防癌变、抗病毒的作用,11,褐藻糖胶：水溶性的细胞间多糖，存在于细胞壁基质中，特别在细胞壁的外层占优势。1、藻种选择：生长在潮间带，长时间与空气接触的褐藻种类中，如海带、裙带菜中含量较高达20%。2、结构：单糖：L-褐藻糖（岩藻糖），主要以C1,2、少数以C1,3和C1,4键合的-L-岩藻糖-4-硫酸酯的多聚物；含有不同比例的半乳糖、木糖、葡萄糖醛酸和少量蛋白质因此，褐藻糖胶并非为单一结构的化合物，而是具有不同化学组合的一族化合物，因此称为含褐藻糖的硫酸多糖。,12,岩藻聚糖硫酸酯,13,绿藻多糖,绿藻的细胞壁微纤维主要不是由纤维素组成，而是由木聚糖和（或）甘露聚糖构成，还有少量葡聚糖存在于细胞壁。另外尚有大量的硫酸多糖组成细胞间物质。单一组分多糖：甘露聚糖、木聚糖和葡聚糖等根据所含主要糖的组分，大量的绿藻水溶性硫酸多糖分为两类：1、木糖-半乳糖-阿拉伯糖聚合物（xylogalactoarabian)，旋光度为正值；2、葡萄糖醛酸-木糖-鼠李糖聚合物(glucuronoxylorhamnan)，旋光度为负值。每一类含有百分之十几的硫酸基。,绿藻中分离出含量不同的葡聚糖，是一类淀粉类型多糖：葡聚糖是绿藻所共有的细胞壁组成特征,刚毛藻、松藻、蕨藻等绿藻的水溶性多糖属第一类，浒苔、石莼、尾孢藻属第二类,14,缘管浒苔、浒苔、扁浒苔、条浒苔、孔石莼等,近年来有关绿藻的研究 报道很少？,15,例：三种绿藻多糖的提取及理化性质和活性比较 台湾海峡，2006.11，广东海大赵素芬等,试验材料：裂片石莼、肠浒苔和总状蕨藻结论裂片石莼、肠浒苔和总状蕨藻多糖的获得率分别为3.0%、2.75%和1.65%。3种绿藻多糖都是含有硫酸基的非还原性、水溶性多糖。3种绿藻多糖的蛋白质含量表现出因藻种亲缘关系远近不同而有差别, 裂片石莼和肠浒苔的含量分别为3.3%和2.5%.而总状蕨藻为14.5%。资料显示，海藻多糖的生物活性很大程度上取决于其中硫酸基团的含量，孔石莼多糖已被验证具有抗病毒活性、抗肿瘤活性，裂片石莼多糖和肠浒苔多糖对人白血病细胞也表现出一定的抑制作用,但作用不大;而总状蕨藻多糖的抗肿瘤活性却明显。,石莼目、石莼科,管藻目、蕨藻科,提取条件：水提、80水浴、8h、乙醇沉淀、Sevage法去除蛋白质,裂片石莼、肠浒苔和总状蕨藻多糖的硫酸基含量分别为241%、184%和237%,16,目前，从藻类中发现的抗病毒活性物质主要是多糖类。可能机理： 多糖类物质能强烈干扰病毒的初始侵染(吸附和入侵)过程，并最终与病毒颗粒形成无感染力的多糖一病毒复合物，对病毒在宿主细胞中的复制和包装也有一定的抑制作用。 与海绵动物相比，藻类中发现的抗病毒多糖具有细胞毒性较低的优点，这可能与藻类多糖能够激活机体的免疫系统或改善机体的生物应答功能，从而保护正常细胞，提高整体免疫力有关。,17,（二）微藻多糖：螺旋藻多糖,螺旋藻多糖是一类从螺旋藻藻体、螺旋藻培养液中提取出来的具有多种生理功能的天然活性物质。目前研究较多的原料藻主要是钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。1、结构 螺旋藻多糖成分复杂，除有天然多糖存在外，还有一部分多糖结合蛋白质而形成糖蛋白。对多糖的组成分析一般采用薄层层析、纸层析、气相层析、液相层析等。,18,螺旋藻多糖的组成研究情况 组成 Constituents 分子量 Molecular weigh D-葡萄糖、D-木糖、 D-半乳糖、葡萄糖醛酸 12400 D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖、葡萄糖醛酸 12590 D-葡萄糖、D-木糖、L-鼠李糖、一种未知单糖组成 15000 D-葡萄糖、D-木糖、L-鼠李糖 15000 D-葡萄糖、D-木糖、L-鼠李糖、葡萄糖醛酸 16600D-葡萄糖、D-木糖、L-鼠李糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖、 D-甘露糖、葡萄糖醛酸 29500D-葡萄糖、L-鼠李糖 44600L-阿拉伯糖、D-木糖、D-半乳糖、葡萄糖醛酸、一种未知单糖 81000 D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖、葡萄糖醛酸 97800 D-甘露糖、葡萄糖醛酸 98500,大多数多糖分子间以-糖苷键相连,19,2、生物活性（1）免疫调节作用螺旋藻多糖对小鼠巨噬细胞吞噬率的影响,每组18只小鼠，腹腔注射给药，6d后统计试验结果,20,螺旋藻多糖对小鼠T淋巴细胞的影响,方法：每组10只小鼠，灌胃量每只1g/(Kgd)（0.5ml），注射量每只300mg/(Kgd)；环磷酰胺用量为每只注射10mg/(Kgd) ，灌胃组再每只灌胃蒸馏水0.5ml/d。处理10天后，2天后取外周血进行-醋酸萘酯酶阳性淋巴细胞成分率检测,21,螺旋藻多糖对小鼠体内移植性腹水癌细胞的抑制作用,方法：每组12只小鼠，每组均接种肝癌细胞，实验1组于第2d起注射螺旋藻多糖200mg/(Kgd)；实验组2于实验前5d开始注射同量的多糖。停药2d后检查腹水中癌细胞数量。,2、抗肿瘤作用,22,螺旋藻多糖对腹水型肝癌、肉瘤-180和白血病-7712癌细胞DNA合成的抑制作用,方法：3H-TdR掺入法研究多糖对癌细胞DNA合成的抑制作用 从小鼠体内取出以上三种癌细胞，加入3H-TdR及不同浓度的多糖测定不同实验组的放射强度，测得多糖对三种癌细胞的抑制率。,23,螺旋藻多糖对腹水型肝癌、肉瘤-180和白血病-7712癌细胞DNA合成的抑制作用（续）,提示：螺旋藻多糖对肿瘤细胞的作用是复杂的研究表明：极大螺旋藻经过水提、脱蛋白后得到的半纯品多糖IP-1对血癌细胞HL-60的生长有明显的抑制作用，但对单核细胞白血病 U-937生长起促进作用。,24,螺旋藻多糖降低受辐射后的蚕豆根尖的微核率,3、抗辐射作用,注：*P 0.05, * P 0.01,方法：辐射处理照射干种子，剂量为300Gy，剂量率为5Gy/min，用不同浓度的螺旋藻多糖浸种，再照射萌发种子，剂量为20Gy，剂量率为2.5Gy/min，观察蚕豆根尖细胞并统计微核率，以此作为遗传损伤的细胞学指标。,25,Hayashi从钝顶螺旋藻提取了新的硫酸盐多糖Ca-SP，该多糖由鼠李糖、核糖、甘露糖、果糖、半乳糖、木糖、葡萄糖、葡萄糖酸、半乳糖醛酸、硫酸盐以及钙等多种成分组成。机理分析：Ca-SP对多种信使病毒的复制起着抑制作用，包括单纯疱疹病毒、人类巨细胞病毒、麻疹病毒、流行性腮腺炎病毒和HIV-1病毒。Ca-SP能够有选择地抑制病毒进入人体细胞，其中由钙离子和硫酸盐基团所形成的螯环化的分子构象，对抗病毒的作用非常重要。,4、抗病毒作用,26,刘平兰等人在果蝇饲料中加入不同剂量（0.25%、0.5%、1.0%）的螺旋藻多糖，进行常规饲养，通过观察果蝇死亡的天数得出：螺旋藻多糖对果蝇具有显著的抗衰老延长寿命的作用（P0.01）机理分析：螺旋藻多糖能降低果蝇脂质的生成螺旋藻多糖能提高果蝇血浆中SOD的活性，减少脂质过氧化物的生成螺旋藻多糖具有增强免疫能力、改造造血功能及促进蛋白质合成的作用,5、抗衰老作用,27,甲壳质：属于氨基多糖,壳聚糖：在碱性条件下，将甲壳质分子中C2上的乙酰基脱去，得到脱乙酰甲壳质，又名可溶性甲壳素，其溶解性大于甲壳质，应用更广。来源：广泛存在于节肢动物的外壳，昆虫的体表、外骨骼以及真菌、藻类的细胞壁，在虾、蟹、龙虾甲壳中含量较高（约含20%-30%），是仅次于纤维素的第二大自然资源。,（三）壳聚糖及其衍生物,几丁质、壳多糖，俗称甲壳素,28,甲壳素,壳聚糖,由1000-2000个N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通过-1,4-糖苷键连接而成的大分子多糖链，分子式为（C8H13NO5）n，分子量100万-200万u，氮含量6.3%-6.7%。,聚（1,4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖Or 聚(N-乙酰基-D-葡萄糖胺),29,壳聚糖,壳聚糖的基本组成单位是氨基葡萄糖(一般叫氨基葡萄糖残基) 。壳聚糖大分子链上分布着许多羟基、氨基,还有一些N-乙酰胺基,它们会形成各种分子内和分子间的氢键。,正因为这些氢键的存在,使壳聚糖分子更容易形成结晶区，由于壳聚糖的结晶度较高,使其具有很好的吸附性、成膜性、成纤性和保湿性等良好的物理机械性能,乙酰度表征乙酰化部分与脱乙酰化部分的平衡常数。其作用主要表现在溶解性，50%左右的乙酰度表现出最佳的溶解性；乙酰度的高低直接关系到其在稀酸中的粘度、离子交换能力、絮凝性能和与氨基有关的化学反应等应用性能。,质量指标：脱乙酰度和粘度,30,壳聚糖是甲壳质的脱乙酰产物，也是一种天然存在的生物多糖。它具有生物相容性、生物降解性，无毒副作用，无异味，而且其分子中的氨基和羟基性质活泼，能与多种有机物发生反应，进行化学改性，得到多种具有独特功能的衍生物，因此在许多领域中都获得了重要的应用。,31,抑菌机理：壳聚糖为聚阳离子，能与细菌表面产生的酸性物质，如脂多糖、磷壁质酸、荚膜多糖、蛋白质等相互作用，使其膜功能紊乱。电镜观察证明：细菌经壳聚糖作用后发生形态变化革兰氏阳性菌，如金黄色葡萄球菌细胞壁变薄及破损，复制受到抑制；革兰氏阴性菌如大肠杆菌，细胞质浓缩，空隙明显扩大；白色念珠菌细胞壁仍然存在，但细胞内结构消失或分布异常。,32,2、增强机体免疫功能 （1）提高NK细胞和LAK细胞细胞的活性 NK细胞和LAK细胞是广谱的抗瘤免疫细胞，其杀伤作用与内环境的pH关系密切，在pH=7.4左右最活跃。pH，活性，非特异性免疫功能受抑制。 壳聚糖能吸附H+、Cl-，提高HCO3-浓度，从而改善内环境，同时壳聚糖也是一种免疫活化剂。 资料显示：动物服用壳聚糖后，NK、LAK和T细胞的活性可提高45倍（国内报道是12倍）,33,表2-7 壳聚糖对正常小鼠NK细胞活性的影响（XSD）,结论：中剂量组NK细胞活性明显高于对照组 84.3%（P0.05）,34,（2）提高巨噬细胞、T细胞的免疫活性，间接活化B细胞,结论：低、中剂量组巨噬细胞的吞噬率分别显 著高于对照组77.3%、103.4%（P0.05）,雄性昆明种小鼠,壳聚糖对正常小鼠巨噬细胞吞噬率的影响,35,结论：壳聚糖可以促进小鼠巨噬细胞吞噬功能，并能对抗由于荷瘤引起的巨噬细胞功能下降，使其接近正常水平；荷瘤小鼠喂食壳聚糖后产生的白细胞介素活性明显高于对照组，而且提高小鼠淋巴细胞的转化率，反映机体免疫功能普遍增强。,壳聚糖对荷瘤小鼠巨噬细胞吞噬率的影响,36,机理：壳聚糖能够激活补体系统，介导补体系统的系列生物效应；壳聚糖吸附H+后，带明显正电荷，而巨噬细胞和T淋巴细胞表面带负电荷，正负电荷相互作用改变膜受体结构，从而激活免疫细胞。,37,3、抗自由基作用 （1）对超氧自由基的清除 陈同波等采用人脐静脉内皮细胞（HUVEC）培养的方法，以 为损伤剂，观察壳聚糖抗内皮细胞损伤的作用：,与损伤对照组比较，*P0.05，* P0.01,结论：壳聚糖培养液中MDA和LDH的水平与损伤对照组比较，均呈现显著性差异；其保护作用与浓度呈正比。说明壳聚糖有保护内皮细胞免受氧化损伤的作用。,38,（2）抗H2O2氧化的作用 胡金凤等采用H2O2对淋巴细胞的损伤模型考察硫酸化甲壳质的抗氧化作用，以期对其抗动脉粥样硬化机制提供理论依据：,916对H2O2刺激的淋巴细胞的保护作用,916为甲壳质衍生物,39,4、抗肿瘤作用 （1）对肿瘤细胞抑制作用的体外实验 壳聚糖能直接抑制肿瘤细胞，在含有105个肿瘤细胞的溶液中，加入0.5mg/ml的壳聚糖溶液，24小时候肿瘤细胞全部死亡。Sirica报道，壳聚糖对L1210白血病癌细胞有选择性的聚集作用，对正常细胞无此作用。 肿瘤细胞表面比正常细胞表明有更多的负电荷，带正电荷的壳聚糖能够吸附到肿瘤细胞表面并起到中和电荷的作用，从而抑制肿瘤细胞的生长和转移。,40,（2）对肿瘤的治疗作用 目前常用的抗癌药物大多具有细胞毒性，对癌细胞、正常细胞都有杀伤作用。用甲壳质材料制成的缓、控释药物可减少过高浓度药物对机体的毒性。同时壳聚糖与药物的电荷作用也可降低药物的毒副作用。 机理：壳聚糖具有增强机体免疫活性的功能；抑制肿瘤组织中毛细血管内皮细胞的扩散。,41,（3）用于肿瘤的辅助治疗 壳聚糖配合放疗，治疗效果明显好转：壳聚糖与体细胞有较好的亲和性，溶解后具有较强的吸附作用，能捕捉因辐射产生的大量的自由基，与之结合消除或降低毒性。,资料报道，1986年苏联切尔诺贝利核电站泄漏后，研究人员分别在1994、1995年在高污染地区387例患者（其中癌症病人270例），服用壳聚糖0.5g/d，两周后病人生活质量改善，免疫功能有所增强，体内污染核数量减少，且受辐射的人服用壳聚糖后无一人死亡。,42,5、降血糖作用 魏涛等通过对每组10只高血糖雄性昆明种小鼠喂食壳聚糖，以观察其降血糖作用：,43,机理：食物纤维降糖，降低餐后高血糖：比植物纤维降糖效果好活化胰岛细胞：对胰岛细胞有明显的促生长作用调节胰岛素分泌量：壳聚糖具有调节内分泌系统功能，促进恢复胰岛细胞功能，通过其双向调节作用，使胰岛素分泌量趋于正常，维持血糖的正常代谢强化肝脏功能，调节血糖平衡：壳聚糖及其衍生物可以修护损伤肝细胞对糖尿病并发症的作用：壳聚糖及其衍生物可增强机体免疫力，改善微循环及组织细胞供氧，清理体内有害物质，净化血液，防止多种并发症的发生。,44,6、降血压作用壳聚糖与带负电的CI-结合而排除体外：血压增高仅与食盐中的CI-有关，CI-能使血管紧张素转化酶的保持活性，该酶催化血管紧张素（10肽）转化为血管紧张素（8肽），后者促进醛固酮分泌使体内保留钠和水，从而血容量增高，血压上升。临床表明：壳聚糖对收缩期和舒张期血压负荷均有减轻作用，但没有硝苯吡啶的临床副作用。,45,7、降胆固醇作用 魏涛等以高血脂SD大鼠为实验对象，分别喂食高（666.7 mg/kgd）、中（333.3 mg/kgd）、低（166.7mg/kgd）3个剂量组壳聚糖，测定大鼠血清的总胆固醇、总甘油三酯和高密度脂蛋白，结果如下：,结论：与对照组相比，除低剂量组的TC外，其它各组的 各项指标均呈现显著性差异，P0.01。,46,机理：妨碍胆固醇在体内吸收：食物胆固醇需胆汁参与在酶作用下变成胆固醇酯才能被吸收。壳聚糖易与胆汁酸结合排出体外促进胆固醇转化：胆固醇在肝脏内转化成胆汁酸，壳聚糖易于胆汁酸结合排出体外，从而促进肝脏进一步转化胆固醇成胆汁酸，降低胆固醇的含量。妨碍脂肪吸收：带正电荷的壳聚糖可以聚集在带负电荷的脂滴周围，妨碍脂肪的吸收；也可与胆汁酸结合，减少脂类乳化降低其吸收,47,8、对胃肠功能的保护作用 壳聚糖在胃内能形成一层凝胶保护膜，阻止胃酸对损伤部位的刺激、腐蚀，促进创面的修复。 刘万顺等利用羧甲基壳聚糖对大鼠胃溃疡模型进行实验，结果表明多糖可促进溃疡创面的愈合，在体外可促进人胚胃成纤维细胞的生长。,48,9、在骨关节病防治中的作用保护关节软骨，延缓退变的作用；壳聚糖作为骨缺损填充材料，证明具有良好的生物相容性，无毒性，具有促进组织愈合的作用；将甲壳质水解成氨基葡萄糖并制备成盐，可用于骨关节病的防治。氨基葡萄糖盐酸盐用于抗细菌感染和免疫佐剂，可有效防治风湿性关节炎。研究表明：机体骨骼关节连接组织中，氨基葡萄糖的含量相当高，它具有促进胶原蛋白产生、增加水的结合、帮助修复损伤的软骨的功能。试验证明：氨基葡萄糖治疗骨关节的效果显著优于传统药物的治疗效果。羧基化、羟基化和酰基化的壳聚糖对于骨关节的防治也有良好作用。,49,氨糖治疗关节炎、老年性骨质增生,合成胶原蛋白（亲水性强的蛋白多糖）及透 明质酸的主要成分，具有催生关节滑液，生 成，修复关节软骨的作用。,抑制巨噬细胞产生过氧化物残基，提高免疫 力，清除关节腔内有害因子，控制炎症。,保持骨骼代谢的平衡，保持无机物的支持与 连接，防止钙、锌的流失。,50,（四） 糖胺聚糖,结构：糖胺聚糖（glycosaminoglycan）大多是由重复的二糖单位构成的长链多糖，其二糖单位之一是氨基己糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖），故称糖胺聚糖；另一个是糖醛酸。主要的糖胺聚糖：透明质酸、4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素和硫酸乙酰肝素等。糖胺聚糖是细胞间质的重要组成部分，细胞间质绝大部分都是糖胺聚糖。由于GAGs是多阴离子的多羟基化合物，可结合阳离子和吸引水分子而形成凝胶，赋予组织以弹性、韧性并限制细菌蔓延；也可构成关节滑液起润滑作用。,粘多糖、粘蛋白、蛋白多糖,51,鲨鱼软骨多糖（SCAMP）包括透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素、肝素等，其主要由葡萄糖醛酸和乙酰氨基半乳糖构成的二糖单元聚合体重复交替而构成，而且二糖单元中至少有一个带负电荷的羧酸根或硫酸根 鲨鱼软骨粘多糖的组成和结构呈现不均一性，来自于粘多糖生物合成过程中的不完全修饰反应,52,1肝 素,肝素相对分子质量为3000-35000。肝素存在于动物的肝、肺、血管壁、肌肉和肠粘膜等部位，是凝血酶的对抗物质。,肝素的结构较复杂，一般认为它是由以苷键结合成“四糖”作为结构单元，再由“四糖”聚合成多糖。,N-磺基-D-氨基葡萄糖-6-硫酸酯,-L-艾杜糖醛酸-2-硫酸酯,N-磺基-D-氨基葡萄糖-6-硫酸酯,-D-葡萄糖醛酸,53,2透明质酸,透明质酸与蛋白质结合，存在于眼球玻璃体、角膜及脐带中，结缔组织中也含有。它与水形成粘稠凝胶，有润滑和保护细胞的作用。,透明质酸是由-D-葡萄糖醛酸和N-乙酰基-D-氨基葡萄糖通过-1，3-苷键连接成二糖衍生物，并以此为重复单元再通过-1，4-苷键互相连接成透明质酸。,N-乙酰基-D-氨基葡萄糖,-D-葡萄糖醛酸,54,3硫酸软骨素,硫酸软骨素存在于大多数结缔组织中，是软骨、腱和骨的主要结构成分，软骨中的软骨粘蛋白是硫酸软骨素与蛋白质结合而成的。,硫酸软骨质A的结构与透明质酸相似,N-乙酰基-D-氨基半乳糖-4-硫酸酯,-D-葡萄糖醛酸,-D-艾杜糖醛酸,硫酸软骨素C,硫酸软骨素B,近年来在临床上用硫酸软骨素治疗肾炎、急慢性肝炎、偏头痛、动脉硬化及冠心病等,55,鲨鱼软骨粘多糖的生物活性, 免疫功能SCAMP对胸腺和脾脏具有刺激作用，可提高机体免疫力：试验证明能促进小鼠胸腺和脾脏的生长，有一定的浓度依赖关系，剂量为5g/L时，胸腺和脾脏指数显著增大。SCAMP能刺激巨噬细胞，使其活化：试验证明小鼠巨噬细胞形态的电镜扫描（表面伸出较粗大的伪足），酸性磷酸酶（ACP）和谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）活性显著提高。,56, 抗凝血及溶血栓作用小鼠的体内外试验证明：对照组和实验组注射鲨鱼软骨粘多糖之前凝血活酶、凝血酶原时间均正常，说明受试血浆中的、等与凝血有关的因子不缺乏和无缺陷，不存在抗凝血酶物质。但受试组注射多糖后，抗凝血活酶、抗凝血酶原时间均延长，说明鲨鱼软骨粘多糖具有抗凝血的作用，作用机制与肝素类似。给大鼠和家兔注射不同浓度的软骨粘多糖，1小时后腹动脉取血，然后用XSN-R两用仪进行体外血栓的形成，结果表明实验组无论大鼠腹腔给药还是家兔静脉给药，均能抑制血栓形成，但机理还不明确。,57,稀碱法提取魟鱼硫酸软骨素最佳工艺条件研究,1. 稀碱法提取魟鱼硫酸软骨素工艺路线魟鱼骨处理洗净丙酮脱脂2次碱提取滤液酶降解95%乙醇沉淀过滤干燥成品,文献阅读1,胰酶,58,讨论硫酸软骨素的提取工艺较多,大量生产最常用的方法是碱提结合酶解。硫酸软骨素是一类酸性黏多糖,在生物体内以共价键与核心蛋白连接,在碱性高离子溶液中,这种黏多糖- 蛋白质复合物极易发生解离,经碱提取切断肽链,对碱浓度、碱提温度及时间都要精心筛选,以避免碱对糖链反应不完全或过度反应。试验结果表明,浸泡时间也会影响成品的纯度,浸泡时间过长,蛋白质含量相对增多。胰酶水解能同时作用于蛋白质和糖原,应避免局部过热影响酶的活力,胰酶在分解肽链时,仅能水解变性蛋白质,对未变性的蛋白质无作用,因此,酶解前必须使溶液内温度达到50,以使蛋白变性。试验笔者发现,胰酶的水溶液在室温下经过3h,其效力损失75% , 60以上变性失效,因此酶解时间不宜过长。,59,2 稀碱法提取魟鱼硫酸软骨素工艺影响因素考察稀碱法提取工艺条件考察分别称取魟鱼软骨100g 9份,正交试验设计,按表中条件进行试验,60,酶解工艺条件考察 考察指标：总多糖和蛋白含量。取9 份相同的魟鱼软骨稀碱提取液100mL,按表中条件进行试验,61,稀碱法提取工艺条件考察,最大影响因素是碱浓度,以4%碱提取收率最高,其他因素无显著差异。直观分析与综合考虑,提取时间选择18h,时间过长颜色加深;提取温度选择室温提取,温度高糖易氧化;溶剂量选择8倍,溶剂量小提取不完全,溶剂量大成本增加,3 主要结果,62,酶解工艺条件正交试验考察,以多糖含量和蛋白含量作为评价指标,通过SAS软件处理数据,结果表明,影响因素的各水平间的总多糖和蛋白含量无差异。直观分析与综合考虑,酶解温度选择45,酶解时间选择2h,胰酶用量选择4 10- 4：1。,63,海参多糖（SCAMP）中的刺参多糖 有两类：1、海参糖胺聚糖或粘多糖(HG)，由D-N-乙酰氨基半乳糖、D-葡萄糖醛酸、L-岩藻糖构成直链多糖（有分支的杂多糖），其水溶液分子中带有阴离子，呈酸性，分子量(415)104Da;2、海参岩藻多糖(HF)，由L-岩藻糖构成的直链多糖，分子量(810)104Da。 两种多糖虽然组成的糖基不同，但在糖链上都有部分羟基硫酸酯化，且硫酸酯基占多糖含量均在32%左右。,约占体壁干重的6%,64,几种海参多糖的糖基组成及部分性质,65,抗凝血作用SJAMP有明显的抑制血小板解聚的作用，使血小板产生自发性聚集，使血液循环中血小板的数量明显减少，但不影响血小板形态、代谢上的变化，仅影响血小板原有的生理功能。SJAMP直接作用于血液中的凝血酶，影响凝血酶活性，加速凝血酶活性的衰减过程。SJAMP促进纤溶酶活性，直接降解纤维蛋白原；抑制纤维蛋白聚集功能，影响单体聚集过程；改变纤维蛋白凝胶结构，从而增强其对纤维酶的敏感性而被清除。,海参多糖的生物活性,刺参酸性粘多糖SJAMP、玉足海参酸性粘多糖HL-P、岩藻糖化硫酸软骨素FCS,66,FCS在一定剂量下抗凝血作用比肝素强。它是通过诱导血管内皮细胞膜糖胺聚糖活性改变，从而改变血浆抗凝血活性。也有明显的抗血栓活性。HL-P的抗凝血活性与SJAMP相似。 SJAMP、FCS的抗凝血、抗血栓作用机制与传统抗凝药肝素不同。肝素的抗凝血作用依赖于抗凝血酶(AT-)， SJAMP对凝血过程的影响主要表现为延长凝血酶时间，作用依赖于肝素辅因子(HC-)。故SJAMP、FCS有可能用于治疗减少而抗凝治疗血栓性疾病，成为新型的抗凝药物。,67,抗肿瘤作用海参酸性粘多糖抗肿瘤作用主要是通过增强单核-巨噬细胞系统的活性实现的。研究表明HL-P能明显增加小鼠脾脏的重量，提高腹腔巨噬细胞的吞噬百分率及吞噬指数，并能对抗免疫抑制剂引起的免疫功能低下。SJAMP能显著抑制小鼠乳癌和S-180肿瘤细胞DNA的合成，对荷瘤小鼠正常肝细胞的DNA合成有促进作用。推测SJAMP对荷瘤小鼠的肿瘤细胞和正常细胞有一定的选择性。,68,增强免疫力刺参酸性粘多糖能使人的白细胞悬浮物中的E花环数量增加，EAC花环和SmIg的表达增强。推测是因为多糖作用于无活性细胞亚群，致使活性的T细胞增加，T抑制细胞数量也就增加，从而增强了B细胞活化和Smlg的表达。玉足海参多糖能明显增加小鼠脾脏重量，促进机体对血中碳粒的吞噬速率，增强机体单核-巨噬细胞系统的吞噬功能，是一种作用较强的免疫促进剂，可用于肿瘤病人的辅助治疗。,69,延缓衰老作用花刺参提取物能显著提高小鼠红细胞SOD活性海参多糖能显著延长果蝇的寿命，增加小鼠免疫器官胸腺和脾脏的重量 降血脂作用 Liu等给小鼠喂食1%的胆甾醇，显著的增加小鼠血液中等离子总胆甾醇和LDL-胆甾醇含量；实验组小鼠同时喂食1%胆甾醇和海参粘多糖后，总胆甾醇和LDL-胆甾醇显著降低，而HDL-胆甾醇含量显著提高。提示海参粘多糖在防治动脉粥样硬化方面有前景。,70,其它生物活性在体外培养的大鼠皮质神经元试验中对以淀粉样蛋白诱导引起的皮质神经元的损伤或凋亡有明显的保护作用。推测这类多糖可能有防止中枢神经元退行性病变，例如早老性痴呆症。能对抗单纯疱疹病毒（HSV）所引起的组织培养细胞的特异性病变；HF则能明显抑制HIV对培养细胞的感染率。初步临床试验表明HG对慢性肝炎病人的三阳转阴及恢复肝功能方面较常规药物治疗效果更好。有抗放活性，即对受Co照射的动物具保护作用并促进其机体造血功能的恢复。抗炎作用，有可能用于骨性关节炎的治疗。,71,海参糖胺聚糖的提取及抗肿瘤活性的研究,糖胺聚糖常与蛋白分子以共价键结合，高浓度的碱液可以破坏该键，从而将糖胺聚糖与蛋白分离。,文献阅读2,Y = 20.5086 0.854156X2 + 0.122752X2X4 +0.152781X3 X4 0.0158757X1X1 +0.0835654X3X3 -0.11855X4 X4,通过回归模型得到最优提取工艺条件：提取时间10min,提取温度 85,NaOH浓度 10% ,料液比 1 55，模型预测值为 36.01%。,72,多糖得率计算 糖胺聚糖得率 % =糖胺聚糖质量 /海参质 量 100%糖胺聚糖含量的测定 采用天青A法 标液采用硫酸软骨素，利用其与天青 A试液反应，在 612nm波长测定吸光度，得到标准曲线进行含量测定。HG的抗肿瘤活性利用 MTT比色法检测HG对黑色素瘤 (B16)代谢活性的影响,3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴盐，噻唑蓝,73,HG对肿瘤细胞的作用HG对黑色素瘤 B16作用 72h的实验结果如图所示。由图可以看出 ,抑制率随着 HG浓度的增加而增大 , IC50为 0.13mg/ml, HG具有显著的抗肿瘤活性。,74,超滤法分离纯化刺参酸性粘多糖工艺研究,方法多糖的制备超滤条件的确定超滤膜的选择超滤终点的确定多糖纯度分析,文献阅读3,75,1 刺参多糖的制备,12料液比,pH8,52,3h,12 (体积比),95%,过氧化氢,0.2%,76,2 超滤膜的选择,刺参多糖的分子量约为50 kDa，因此选择截留分子量为1kDa、5kDa、8kDa、10 kDa、20 kDa 5 种规格的 TFF 材质超滤膜。取复合酶水解后的刺参多糖粗提液进行超滤分离，控制压力为 0.3 MPa、温度为 10 ，将超滤液中加入纯化水，等体积超滤至透过液电导率低于600Scm-1后，比较5 种规格滤膜的多糖截留率和超滤时间。,77,从表 1 可见，截留分子量为 1 kDa、5 kDa、8kDa 的超滤膜截留率较高，10 kDa、20kDa的超滤膜则有部分透过。但是由于1 kDa、5 kDa截留分子量的超滤膜耗时较长，截留分子量小，对较大分子量杂质的去除效果不如8 kDa，所以最终选用8 kDa 的超滤膜。,78,3 超滤终点的确定,选择截留分子量为 8 kDa TFF 材质超滤膜组件，控制超滤压力为0.3MPa、温度为10，当透过液流量小于其初始流量的三分之一时，将超滤液中加入纯化水，改为等体积超滤。当透过液达到一定的电导率时结束超滤，经醇沉后测定其中多糖和蛋白质含量，透过液电导率与超滤时间、多糖含量和蛋白质含量的关系分别见图1、图2、图 3。,79,控制透过液电导率1000Scm-1为超滤终点,水解后多糖上通常仍带有15个氨基酸残基，所以超滤并不能完全除去多糖中的蛋白质,80,4 多糖纯度分析,多糖含量- 以硫酸软骨素为标准品绘制多糖标准曲线，回归方程：y = 0.6407 x 0.0007，R = 1，质量浓度在0.051.00 mgmL-1的范围内与吸光度呈良好的线性关系。称取精制多糖配制浓度为 0.5gL-1的溶液。据标准曲线方程，用硫酸 - 蒽酮法测得多糖含量为93.4%，收率(以鲜刺参质量计)为 0.32 %。,蛋白质含量- 配制2 gL-1的多糖溶液，用双缩脲法测得蛋白质浓度为 0.044695 gL-1，即多糖中蛋白质含量为2.2 %。,81,5 结论,采用复合酶解结合超滤技术，以简单的工艺步骤生产出高纯度的刺参酸性粘多糖，最终多糖收率为0.32%(以鲜刺参质量计)，多糖含量为93.4%，可以简单地实现放大生产。而且副产品超滤透过液为刺参多肽，仍有保健功效，可以作为刺参多肽口服液的原料，以实现海参加工的综合利用。,82,（四）海洋生物活性多糖的构效关系,1.海洋活性多糖的生物活性,海洋活性多糖具有多种生理活性，常见的有抗肿瘤、抗凝血、抗病毒、抗辐射、抗氧化和增强免疫力。,83,2.海洋活性多糖的构效关系,结构是活性的基础，当多糖的结构发生改变后，多糖的生物活性也会因此而受影响，甚至于活性消失。多糖的组成、糖苷键类型、分支度、分子量、溶解度以及高级结构等都可以在不同程度上影响多糖的活性。,在活性方面比一级结构作用更大； 2D-NMR及X-衍射法,84,1,多糖的组成与活性的关系,对于不同来源的生物多糖，因其多糖组成的差异而表现出不同的生物活性,来自于海洋褐藻的活性多糖，主要为硫酸化的岩藻聚糖，其组成以L-岩藻糖和硫酸酯为主，另外还含有少量木糖、半乳糖、甘露糖和糖醛酸等，是一类酸性杂多糖,来自于海洋红藻的活性多糖，主要为半乳聚糖，其组成主要以D-或L-型半乳糖及其衍生物聚合而成,85,不同种类的多糖,其主链糖基组成和糖苷键类型不同,生物学活性存在较大差异,银耳多糖主链为-(13)糖苷键连接的甘露聚糖,具有免疫调节、抗肿瘤、抗凝血、抗血栓等作用;从酵母细胞壁中得到的甘露聚糖能抑制人体细胞突变和抗氧化的活性。,86,多糖上的取代基对多糖的生物活性常产生巨大的影响，其中，影响最大的取代基为硫酸基。研究表明，硫酸基是许多抗凝血多糖所必需的结构，分子中的硫酸根含量越高，其活性越强；硫酸基也是许多抗病毒多糖的重要结构。,87,硫酸酯化多糖的硫酸根取代度（DS）与抗病毒活性的关系？ DS是评价酯化多糖抗病毒作用的一个重要参数 有报道认为，硫酸多糖的抗肿瘤和抗HIV病毒活性与其结构中的硫酸基含量呈高度正相关，一般每个糖基需要23个硫酸基才能获得较高的活性；也有报道认为，硫酸化多糖在一定范围内取代度越高，生物学活性越强，如环糊精硫酸酯这类特殊的半合成多糖，DS越高，抗病毒的潜能就越好。 但对于大多数多糖来说，并非DS 越高抗病毒活性就越强，一般认为，在平均每单位糖残基含1.52.0 个硫酸根为最佳，例如，抗HIV 活性最强的硫酸酯化香菇多糖组分DS为1.7 左右。,88,另据报道，多糖的乙酰基及其所处的位置也对多糖的活性有影响，如多糖3-O具乙酰基时，其抗肿瘤活性最强，而5-0位乙酰化使活性显著减弱，全部乙酰化则使活性消失。其机理不详，有待研究。,89,2,硫酸根的特异位置与抗病毒活性的关系,抗病毒活性还依赖于硫酸基团在硫酸酯化多糖中的特异位置。研究显示，在已知类型的硫酸软骨素（CS）中，从乌贼中分离的CS-E 具有显著的抗HSV-1 病毒活性，而CS-A、B、C、D 没有或者只有很低的抗病毒作用，这和CS-E中硫酸根的特异位置有关（4 位和6 位）。卡拉胶是某些红藻(Rhodophyceae) 的细胞壁多糖, 它是一种硫酸半乳聚糖, 对HSV 具有强抑制作用，该活性直接与其-D-半乳糖 2,6-二硫酸残基有关，如果将该多糖的硫酸根除去，则卡拉胶抑制HSV 复制的作用随之消失。,90,脱硫酸基一种化学修饰法研究构效关系,在海洋动物多糖的结构测定中定位脱硫非常重要。多糖脱硫方法：用甲醇分解法在比较温和的条件下进行脱硫。如将硫酸软骨素置于无水甲醇HCl溶液（0.065 molL-1）中反应，控制反应时间，可得到脱硫酸根程度不等的硫酸软骨素。硫酸根具有抗凝血作用，因而，部分脱硫可降低多糖的抗凝活性，从某种意义上降低了毒性。,91,3,多糖的分支度与活性的关系,多糖支链的分支度，是指多糖中平均每个糖单位具有的分支数目。 分支多糖的生物活性一般受其分支度的影响，而且存在着最佳DB值，如具有生物活性的（13）-D-葡聚糖，DB值在0.200.33左右的分子具有较高的生物活性。 多糖的活性也受支链长度的影响，如从真菌phytophthora parasitica 中