第一講多糖概述

第一講多糖概述多糖〔Polysaccharides〕是自然界含量最豐富的物質(zhì)之一，廣泛存在于動(dòng)物細(xì)胞膜、植物和微生物細(xì)胞壁中，是與人類生活嚴(yán)密相關(guān)的一類生物大分子，對(duì)維持生命活動(dòng)起著重要的作用。一、多糖的爭(zhēng)論歷程核酸、蛋白質(zhì)和多糖并稱為生命三大物質(zhì)。核酸、蛋白質(zhì)爭(zhēng)論進(jìn)程顯著快于多糖〔說明緣由〕生物體內(nèi)糖的爭(zhēng)論歷程：世紀(jì)：認(rèn)為多糖是能量物質(zhì)，主要爭(zhēng)論多糖的代謝與轉(zhuǎn)化途徑；世紀(jì)：認(rèn)為多糖是機(jī)體的構(gòu)造物質(zhì)，主要爭(zhēng)論細(xì)胞外的基質(zhì)成分；世紀(jì)：認(rèn)為多糖是機(jī)體的信息物質(zhì)，主要爭(zhēng)論細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。國(guó)內(nèi)外的爭(zhēng)論現(xiàn)狀及爭(zhēng)論打算19862023199120231001994年“歐洲糖類爭(zhēng)論開發(fā)網(wǎng)絡(luò)“歐盟第四、五、六框架中國(guó)：跟蹤性爭(zhēng)論和探究生爭(zhēng)論；急需國(guó)家重大科技打算支持。作為三種生物大分子之一，糖類的爭(zhēng)論工作和蛋白質(zhì)、核酸的爭(zhēng)論工作相比，在我國(guó)還是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在國(guó)際上多糖爭(zhēng)論以日本、美國(guó)、德國(guó)、加拿大處于領(lǐng)先地位，我國(guó)多糖的爭(zhēng)論起步較晚，經(jīng)過一個(gè)相對(duì)安靜的時(shí)期之后，自80年月各地的爭(zhēng)論如雨后春筍般掀起。3．糖鏈與生理病理的關(guān)系與生理、病理的關(guān)系在正常生命過程中，多糖參與細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育和免疫應(yīng)答；在病理過程中，多糖參與癌變、感染過程。在分子內(nèi)及分子間的作用分子內(nèi)：影響蛋白質(zhì)的折疊、半衰期，并對(duì)蛋白質(zhì)有監(jiān)護(hù)作用。分子間：具有細(xì)胞識(shí)別、抗原性和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。二、多糖分類依據(jù)組成單糖的類別，多糖可分為:homopolysaccharidestarc〔cellulos。2雜多糖heteropolysaccharide：雜多糖則是由多種單糖組成，如樹膠gum、粘膠多糖〔mucillage、果膠pectin、半纖維素hemicellulose〕等。糖綴合物glycoconjugates及核酸等結(jié)合形成glycoconjugate。糖綴合物〔Complex糖綴合物〔Complexcarbohydrates〕〔Glycopeptides〕糖核酸〔Glyco-nucleicacid〕糖脂〔Glyco-lipid〕肽聚糖〔Peptidoglycans〕肽聚糖〔Peptidoglycans〕糖蛋白〔Glycoprotein〕糖蛋白〔Glycoprotein〕蛋白聚糖蛋白聚糖糖綴合物的爭(zhēng)論在近30如高效液相色譜(HPLC、核磁共振〔NMR、質(zhì)譜〔M、放射免疫、定點(diǎn)突變等的應(yīng)用，大量糖綴合物的構(gòu)造與功能不斷地被提醒和生疏。目前從自然產(chǎn)物中提取分別出來的已達(dá)300多種。2．按來源不同，可分為五大類：真菌多糖 高等植物多糖藻類地衣多糖 動(dòng)物多糖細(xì)菌多糖三、多糖的構(gòu)造多糖是由多個(gè)一樣或不同的單糖基以糖苷鍵相連而形成的高聚物，自然界分布很廣，植物的纖維素、半纖維素、樹膠、粘膠、果膠、淀粉，動(dòng)物的糖原、甲殼質(zhì)、粘性物質(zhì)等都是多糖或由多糖組成的。對(duì)多糖的構(gòu)造爭(zhēng)論雖遠(yuǎn)不及蛋白質(zhì)及核酸，其構(gòu)造分類與蛋白質(zhì)的構(gòu)造含義根本一樣，也可分為一級(jí)構(gòu)造與高級(jí)構(gòu)造。而高級(jí)構(gòu)造又可分為二級(jí)、三級(jí)及四級(jí)構(gòu)造。多糖的一級(jí)構(gòu)造一級(jí)構(gòu)造主要是由單糖基的構(gòu)型L或D、異頭物的構(gòu)型〔α或β、糖基環(huán)化方式〔或六元環(huán)、有無分支、糖基上多個(gè)羥基是否被取代〔如氨基、硫酸基、磷酸基、酰基等取代、相鄰單糖基相連糖苷鍵的的位置→，→3→、單糖基相鄰的挨次等因素組成。多糖的高級(jí)構(gòu)造多糖的高級(jí)構(gòu)造〔即構(gòu)象〕打算于其一級(jí)構(gòu)造，其構(gòu)造層次可分為二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)構(gòu)造。二級(jí)構(gòu)造多糖的二級(jí)構(gòu)造通常指多糖的骨架的外形，即多糖骨架鏈內(nèi)以氫鍵結(jié)合所形成的各種聚合體。二級(jí)構(gòu)造一般只關(guān)系到多糖分子的主鏈構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈的空間排布。例如纖維素分子是鋸齒形帶狀，直鏈淀粉是空心螺旋狀。在多糖鏈中，糖環(huán)的幾何外形幾乎是硬性的，各個(gè)單糖殘基繞糖苷鍵旋轉(zhuǎn)而相對(duì)定位，可打算多糖的整體構(gòu)象。三級(jí)構(gòu)造多糖鏈一級(jí)構(gòu)造的重復(fù)挨次，由于糖單位的羥基、羧基、氨基以及硫酸基之間的非共價(jià)相互作用，導(dǎo)致在二級(jí)構(gòu)造的根底上進(jìn)一步卷曲或折疊，或者是兩鏈雙螺旋排列關(guān)系而形成的肯定構(gòu)象即多糖的三級(jí)構(gòu)造。四級(jí)構(gòu)造多糖的四級(jí)構(gòu)造是一樣或不同多糖鏈的協(xié)同結(jié)合而形成的聚攏體，也即亞單位現(xiàn)象。多糖的內(nèi)部基團(tuán)有相互作用，因其不同氫鍵的形成而構(gòu)成特定的高級(jí)構(gòu)造。四、多糖的生物活性多糖的生物學(xué)功能是多種多樣的，除眾所周知的多糖在生物體內(nèi)有的是貯存物質(zhì)、有的是構(gòu)造支持物、有的有水合機(jī)械保護(hù)作用等等外，隨著對(duì)糖類在生命現(xiàn)象中重要性的不斷生疏，覺察生物多糖可以攜帶巨大的信息量，而成為參與生命現(xiàn)象中形形色色識(shí)別作用的根底。不管是生物體作為通訊識(shí)別的信息分子還是細(xì)胞間的識(shí)別無不與糖鏈有關(guān)。近年來，大量爭(zhēng)論說明多糖具有免疫調(diào)整、降血糖、降血脂、抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、抗年輕、抗凝血、抗?jié)?、防輻射等多種生物學(xué)功能。1．多糖的免疫活性免疫包括：器官免疫、細(xì)胞免疫和體液免疫。而且藥物質(zhì)量簡(jiǎn)潔用化學(xué)手段掌握等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今藥進(jìn)展方向之一。爭(zhēng)論結(jié)果說明，多糖主要是通過激活T細(xì)胞、B細(xì)胞、活化補(bǔ)體巨噬細(xì)胞(Mj)、自然殺傷細(xì)胞(NK)、細(xì)胞毒T細(xì)胞(CTL)、淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞〔LAK〕等免疫細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞因子生成，活化補(bǔ)體等途徑對(duì)免疫系統(tǒng)發(fā)揮多方面的調(diào)整作用。2．多糖的抗氧化作用腫瘤的發(fā)生、輻射致癌、心腦血管疾病、器官的缺血再灌流、藥物中毒、人體年輕等過程都涉及到自由基和活性氧。已有很多爭(zhēng)論指出，自由基和活性氧是細(xì)胞癌變的原始引發(fā)機(jī)制?；钚匝醢ǔ蹶庪x子〔O2·-、羥基自由基〔·OH、多種有機(jī)氧自由基、單線態(tài)氧〔O1機(jī)和有機(jī)過氧化物〔ROO·〕等，它們有很強(qiáng)的生物活性。爭(zhēng)論說明，多糖具有抗氧化性，且多糖的抗氧化活性與其分子中所含酸性基團(tuán)有關(guān)，并與它與否與其它大分子形成綴合物有關(guān)。3．多糖的抗腫瘤作用多糖是一種免疫增加劑，免疫調(diào)整是目前公認(rèn)的多糖抗腫瘤作用產(chǎn)主要機(jī)制之一。多糖是生物反響調(diào)整劑的重要組成局部，能激活免疫細(xì)胞，誘導(dǎo)多種細(xì)胞因子和細(xì)胞因子受體基因的表達(dá)，增加機(jī)體抗腫瘤免疫力。多糖的降血糖作用多糖降血糖作用的爭(zhēng)論近十年來進(jìn)展快速，已漸漸成為治療糖尿病的藥。多糖的抗病毒作用多糖的抗病毒作用已被藥學(xué)界認(rèn)可。對(duì)于多糖及其衍生物的抗病毒活性的爭(zhēng)論主要集中在硫酸化多糖、中性多糖、脂多糖、糖蛋白和結(jié)合有肽的多糖。硫酸化多糖包括：硫酸葡聚糖、角叉菜膠、肝素、硫酸軟骨素。中性多糖中包括：豬苓多糖、裂褶菌多糖、松果多糖等。多糖的抗感染作用多糖抗感染作用主要是通過提高宿主免疫功能和直接殺菌，抗病毒作用來實(shí)現(xiàn)的。多糖的抗年輕作用年輕會(huì)導(dǎo)致由T細(xì)胞所介導(dǎo)的細(xì)胞免疫功能低下，而多糖類化合物能促進(jìn)機(jī)體的免疫功能，有抗老延壽的作用。另外，很多爭(zhēng)論說明，多糖的抗年輕作用與其抗氧化作用親熱相關(guān)。多糖的降血脂作用在正常狀況下，人體脂質(zhì)的合成與分解保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。而一旦平衡遭到破壞，血脂含量的增加使動(dòng)脈內(nèi)膜受到損傷而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化，從而誘發(fā)心腦血管疾病。多數(shù)爭(zhēng)論認(rèn)為，可溶性好的和有凝膠特性的多糖，如瓊脂、果膠、海藻膠、阿拉伯樹膠和從魔芋中提取的葡甘聚糖等多種粘液質(zhì)均能起到降低血漿與肝組織膽固醇含量和調(diào)整脂蛋白代謝的作用。現(xiàn)已覺察的具有降血脂活性的多糖有茶葉多糖、海帶多糖、木耳多糖、枸杞多糖、靈芝多糖、薯蕷多糖、莼菜多糖等9其它作用多糖除具有上述功能以外，還有很多其它方面的作用。如枸杞多糖有抗疲乏作用，它能顯著地增加小鼠肌、肝糖元的儲(chǔ)藏量；酸性多糖類海洋藥物具有抑制銀屑病患者表皮細(xì)胞增生，提高顆粒層形成的作用。香菇多糖可顯著地預(yù)防老年白內(nèi)障和糖尿病引起的視網(wǎng)膜病的并發(fā)癥發(fā)生。瓦茸多糖比照射過γ射線的小白鼠脾臟損傷有修復(fù)作用。五、多糖爭(zhēng)論的分子生物學(xué)前沿爭(zhēng)論多糖對(duì)細(xì)胞凋亡及相關(guān)基因表達(dá)的影響是近年格外活潑的爭(zhēng)論領(lǐng)域，已覺察細(xì)胞凋亡及相關(guān)基因表達(dá)與很多疾病的發(fā)生相關(guān)，如癌癥、自身免疫性疾病、病毒感染及神經(jīng)退行性變等疾病都與凋亡調(diào)整紊亂有親熱的關(guān)系。因此可從分子生物學(xué)根底上提醒多糖的活性機(jī)制。主要爭(zhēng)論方向包括：多糖對(duì)基因表達(dá)的影響細(xì)胞膜天線多糖對(duì)細(xì)胞凋亡的影響多糖活性中心及結(jié)合位點(diǎn)爭(zhēng)論六、多糖生物活性構(gòu)效關(guān)系爭(zhēng)論多糖生物活性構(gòu)效關(guān)系爭(zhēng)論始終是多糖爭(zhēng)論的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，爭(zhēng)論較多的是多糖的生物活性與多糖的組成、糖苷鍵類型、分子量、取代基團(tuán)、空間構(gòu)造、溶解度、粘度之間的關(guān)系。多糖的組成對(duì)生物活性的影響具有抗腫瘤活性的植物多糖一般由半乳糖或半乳糖醛酸等組成。酸性雜多糖具有抗補(bǔ)體活性，如當(dāng)歸多糖、艾葉多糖、薏苡仁多糖、柴胡多糖、紫根多糖等主要是半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸組成。多糖的糖苷鍵類型對(duì)生物活性的影響多糖的糖鏈構(gòu)造以及重復(fù)構(gòu)造中的主側(cè)鏈上糖殘基的比例與多糖活性有很大關(guān)系。主鏈構(gòu)造為β-1,3，有β-1,6側(cè)鏈的葡聚糖，只是主側(cè)鏈上分子比為7：2構(gòu)造的多糖，如竹蓀多糖、木耳多糖都對(duì)大鼠的角叉菜膠浮腫和熱水浮腫性苦痛有顯著抑制作用。菌體活性多糖一般由葡萄糖組成，而且葡聚糖主鏈上的β-1，3甙鍵和支鏈上的β-1，6甙鍵為活性所必需的。多糖的分子量對(duì)生物活性的影響多糖的分子量對(duì)其生物活性起著重要作用。如多糖分子量大小不同使其生理活性也不一樣。多糖分子量很大，幾十萬到幾百萬不等，往往影響其作用效果。將多糖降解到適宜的分子量，可得到高活性的多糖片段或寡糖。多糖的取代基團(tuán)對(duì)生物活性的影響多糖及其衍生物中取代基的種類、數(shù)目和位置對(duì)其活性具有顯著的影響。如糖鏈上硫酸基、乙?；?、烷基和羧甲基等的取代位置和含量及絡(luò)合元素的種類打算了多糖有何活性及活性大小。5．多糖的空間構(gòu)造對(duì)生物活性的影響進(jìn)一步的爭(zhēng)論認(rèn)為高級(jí)構(gòu)造對(duì)功能的影響比一級(jí)構(gòu)造還重要。多糖的立體構(gòu)型是它生理活性的打算因素之一。X射線分析，說明香菇多糖及裂褶多糖均為β-糖中參加尿素或二甲亞砜，使分子的立體構(gòu)型發(fā)生轉(zhuǎn)變后，則其活性喪失。參考書目張惟杰.糖