糖生物学研究概述

摘要：主要介绍了天然植物多糖的结构、分离纯化方法、结构分析方法以及生物活性功能, 如抗肿瘤、免疫调节、抗疲劳、降血糖、抗病毒、抗氧化等, 展望了其发展前景。

关键字：植物多糖 结构 分离纯化 结构分析 生物活性

Abstacts： The natural plant polysaccharide structure，isolation method，structure analysis method and the biological activity function were mainly introduced，like the anti- tumor, the immunoregulation，antifatigue，hypoglycemic, the anti-virus, antioxidation and so on. Its prospects for development were also forecasted.

Keywords： Polysaccharides structure Isolation method Structure analysis Biological Activities

糖类是自然界分布最广、含量最多的有机化合物，也是自然界中分子结构复杂而且品系庞大的一类。它与蛋白质，脂类和核酸是四类重要的生物大分子，是地球上最重要的天然有机物之一，其占物质单位体积化学成分干重50%以上。糖是除核酸和蛋白质之外另一重要的生命物质，其活性涉及到多细胞生命的全部时间和空间，如受精、着床、分化、发育、免疫、感染、癌变、衰老等领域。21世纪的今天，糖类的研究再次成为人们关注的焦点，糖已经不再是简单的被认为是能量来源和结构的基础了，其许多生物学功能逐渐被发觉，致使多糖成为天然药物及保健品研发中的重要组成部分。

1 多糖的概念及分类

糖类被界定为多羟基醛或多羟基酮的化合物，或是能水解出上述单位的前体化合物。其中依据其结构特点，将糖类分为单糖（不能再水解成更简单糖单位的糖）、寡糖（2-20个单糖单位通过糖苷键连接而成的糖类）和多糖。

多糖是一类十分重要的生物高分子，是由20个以上单糖单位缩合、失水而连接起来的均聚物或共聚物，是自然界的糖类主要的存在形式。多糖是高分子化合物，相对分子量极大、范围广泛，从30000到400000000。标准不同，分类也有所不同。如根据生物来源大致可分为动物来源，植物来源和真菌来源多糖。而根据由一种还是多种单糖组成可分为同多糖和杂多糖。同多糖主要有纤维素、淀粉、

糖原和甲壳质，杂多糖主要有Spharose、HA、Sephadex、硫酸软骨素、果胶、琼脂和肝素等。此外还有一些复合多糖可以分为糖肽类（糖蛋白，蛋白聚糖，肽聚糖），糖脂类(脂多糖、糖鞘脂和糖基酰基甘油)及其他比如核糖体。

2 多糖的结构

多糖是一种大分子，其的结构虽不像蛋白质那样有清楚的分类标准，但同样可分为几个结构层次，称为初级、二级、三级、四级等结构层次，其基本含义与对应的蛋白质结构相同．同样是阐述多糖分子构象形态的基础亦与蛋白质大分于链型构造的原理和研究方法相似。

多糖的初级结构指线性链中单糖残基以糖苷键连接成序，不涉及次级的相互作用。具体地说，其一级结构包括：（1）糖链中糖基的排列顺序（2）糖苷键的键型（α、β）及糖基的构型（D、L）（3）相邻各糖基是如何形成糖苷键的，是通过哪位碳原子上的羟基缩合；（4）多糖是否为直链，无分支结构，如有分支，是哪位碳原子连接的。研究发现，多糖的空间结构、性质及其功能取决于多糖的一级结构，一级不同，其空间结构和功能也不同。

多糖的二级结构指的是多糖主链间以氢键结合形成聚合体，常见的二级结构有三种，带状的、螺旋状的和无规卷曲的。同时要说明的是，多糖的二级结构形式也主要依赖于一级结构。

具有二级结构的多糖链（包括糖苷键和侧链）在一定程度上可以着成是一个组成单位，它们的疏水性质，电荷性质，空间位阻等通常是不均一或不对称的，因此它们的链段还能与多糖分链的其他链段进一步相互作用，进而构成较紧密的结构形式即三级结构，三级结构的形式主要由螺旋与螺旋、螺旋与带状、带状与带状之间的作用形成。

多糖的四级结构指三级结构的基础上，多聚链间以非共价链结合形成聚集体，这种现象常称为亚单位现象。多糖链在形成固有三级结构之后．分子表面仍存在一些可以和其他多糖分子链相互作用的基团，它们之间相互作用可以装配成功能更为完善的体系，这样的组合和结构方式形成的是多糖的四级结构。

3 植物多糖的研究概况 3.1 植物多糖的分离纯化

多糖是极性大分子化合物，大多采用不同温度的水、稀碱或稀盐溶液提取，

尽量避免在酸性条件下提取，以防引起糖苷键的断裂。一般植物多糖多采用热水提法，此法提取简单，破坏性小且得率高。

提取得到的多糖往往含有其他干扰物质，其中最常见的是蛋白质。除蛋白质的方法有很多种，常用的有Sevag法、三氟三氯乙烷法或三氯乙酸法,这些方法可以有效的去处游离蛋白，而结合蛋白最好用酶法，作用力较温和，不易破坏连键。含色素较高多糖往往需脱色处理。常用的脱色方法有: 离子交换法、氧化法、金属络合物法、吸附法(纤维素、硅藻土、活性炭等)。其中DEAE- 纤维素是目前最常用的脱色方法，操作简单，省时经济，对多糖结构无影响，而H2O2 易引起多糖的降解，吸附法易损失多糖，对于同时除去游离蛋白质和色素的多糖, 可通过生成金属络合物的方法,其他方法不常用。

多糖的分级是研究多糖结构和多糖活性的基础，运用适当的分离方法可以得到分子量均一且极性均一的多糖，以便对多糖结构进行准确的分析。多糖纯化方法主要有利用不同多糖分子大小和溶解度不同而分离的分级沉淀法及利用分子量或电荷不同而将多糖有效分离的柱层析法。

柱层析又根据装柱材料分为分子筛排阻层析法、离子交换柱层析、亲和层析等等。

凝胶柱层析主要是利用分子量的大小差异将多糖进一步纯化方法，是一种分辨率低、载样量少的分离技术，但方法简单、快速。

常用的凝胶有葡聚糖凝胶(Sephadex)和琼脂糖凝胶(Sepharose),以不同浓度的盐溶液和缓冲溶液作为洗脱剂, 从而使不同大小的多糖分子得到分离纯化,但不适宜粘多糖的分离。一般粗多糖样品的纯化多用Sepharose、Sephadex、DEAE- Toyopearl和Sephacryl精制得到各种多糖。

离子交换层析法是通过载体表面带电基团与样品离子和洗脱液所带电荷离子进行可逆交换、离子偶极作用和离子吸附实现色谱分离。不同多糖尤其是多糖与蛋白质结合的复合多糖，根据所带电荷不同，调节pH 在一定条件下,进而将各多糖上电荷的差异而达分离目的。

多糖的纯度不能用普通化合物的纯度标准来衡量，因为多糖是极其复杂的生物大分子，即使是纯品其微观也是不均一的，多糖的纯度只代表相似链长的平均分布。因此多糖是否均一，要选择透析、超滤、电泳、比旋光度、超速离心和高

效液相色谱等方法中的两种以上来综合评定。通过苯酚-硫酸法或蒽酮- 硫酸法测定总糖含量、间羟基联苯法测定糖醛酸含量是含量测定的主要方式。

苯酚－硫酸试剂可与游离的单糖、寡糖或多糖中的己糖、糖醛酸起显色反应，样品加入试剂反应后在波长490 mn处有最大吸收，吸收值与糖含量呈线性关系。此方法简单、灵敏，颜色持久且每种糖仅需一条标准曲线。

蒽酮-硫酸法 糖类遇浓硫酸脱水生成的糠醛或其衍生物可与蒽酮试剂缩合产生颜色物质，反应后溶液呈蓝绿色，于620mn处有最大吸收。显色的吸收值与多糖含量同样呈线性关系。但色氨酸含量较高的蛋白质对显色反应会有一定于扰[4]。

利用间羟基联苯法测糖醛酸含量。其实验原理为聚己糖醛酸与四硼酸钠硫酸溶液可以在高温条件下水解，水解产物进一步与间羟基联苯反应，生成红色衍生物，在525nm 处有最大紫外吸收，在一定浓度范围内，其吸光度与糖醛酸的浓度成线性关系。

3.2 多糖的结构研究

由于多糖的结构非常复杂，也因受到研究手段发展的限制。目前我们采用的结构研究方法主要集中在结构描述和分析两方面。多糖的结构描述方面主要注重于单糖的组成、分子量范围、连接点类型、单糖和糖苷键的构型及重复单元等的研究。多糖结构的分析方面主要有甲基化分析法、高碘酸氧化法、Smith降解法、酸碱部分降解法和特定酶的降解法等。近几年高效毛细管电泳也被应用于糖结构的分析。随着现代仪器的发展，物理分析方法同样在多糖结构分析中占有重要的地位，如红外光谱、核磁共振及质谱分析等。分子量测定常用超过滤法、粘度法、渗透压法、高效凝胶渗透色谱法、高效液相法、还原末端法及聚合度法。

多糖的结构分析首先要对其单糖组成有一定的理解，将完全酸水解或部分酸水解后的单糖进行气相、液相色谱，得到单糖组成的分析图，这是多糖链组成成分分析的主要手段。此方法为下一步对多糖结构的分析提供基本的依据。

在测定单糖组成的同时，近来应用高效凝胶色谱分析多糖的分布状态及分子量，其优点是可以直接进样而不需衍生，操作简便，且分辨率高，分子量测定较准确。

其次，每一种化合物都具有其特殊的红外光谱，因此我们应用红外光谱测定