理论教育 多糖分子修饰与功能活性的关系

多糖分子修饰与功能活性的关系

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:分子修饰可以通过改变多糖取代基的种类、数目和位置来改变多糖的结构,得到高活性的多糖衍生物。多糖构效理论来自于对天然多糖结构与功能活性对应关系的总结,又反过来指导多糖分子修饰研究,因此受天然多糖所表现出的功能活性的制约。

多糖分子修饰与功能活性的关系

1.分子量对多糖功能活性的影响

分子量大小是多糖具备生物活性的必要条件,这可能同多糖分子形成的高级构型有关。但摩尔质量越大,则分子体积越大,不利于跨越细胞膜进入生物体内发挥生物活性。不同的多糖产生生物活性,有各自的最佳摩尔质量的范围(张正光等,2007)。

运用分子修饰手段将多糖降解到适宜的摩尔质量,得到高活性、低摩尔质量的多糖片段或寡糖,或通过络合等方法得到具有活性的高摩尔质量的多糖复合物。李春美等(2004)研究指出魔芋葡甘聚糖摩尔质量为30000~80000 g/mol,对实验性糖尿病小鼠的降血糖效果最好。

多糖的黏度和溶解度对其实际应用和生物活性有极大的影响。因此,对于某些高黏度的多糖可采用降低摩尔质量的方法,增加其溶解度,降低黏度,同时保证其基本结构单元不变,从而提高和保持其活性,促进应用。例如,裂褶菌多糖,由于黏度大而限制了其应用范围,经部分降解,摩尔质量降低,同时黏度下降,但基本重复结构不变,保持了原有活性,扩大了应用范围。

2.分支度和支链组成对多糖功能活性的影响

具有生物活性的β-(1,3)葡聚糖的分支度范围很广:在0.015~0.750之间都有分布,但其主要分布为0.20~0.33,该段的多糖活性也相对更强。多糖取代基的种类、数目、位置对多糖活性也有显著影响。分子修饰可以通过改变多糖取代基的种类、数目和位置来改变多糖的结构,得到高活性的多糖衍生物。Misaki等(1980)对一些β-(1,3)葡聚糖进行高碘酸氧化(仅有支链单元被氧化),然后使其还原生成葡聚糖多元醇,该衍生物抗肿瘤活性得到增强,并且其抗肿瘤的强度直接与其多元羟基的含量有关,将其多元羟基侧链完全去除则导致抗肿瘤活性的丧失。

多糖中乙酰基对多糖活性有很大影响,因为它能改变多糖分子的定向性和横次序,从而改变多糖的物理性质,乙酰基的引入使分子的伸展产生变化,最终导致多糖羧基基团的暴露,增加在水中的溶解性。乙酰基是天然存在于KGM中的唯一取代基团,对KGM乙酰化改性是加强多糖功能性质、拓宽其应用范围的基础。

羧基化对多糖活性有很大影响,如淀粉无免疫调节活性,但其羧甲基产物羧甲基淀粉(CMS)和羧甲基直链淀粉(CMA)均具有免疫调节作用。(www.daowen.com)

3.主链糖单元对多糖功能活性的影响

主链糖单元的组成决定了多糖的种类,不同种类的多糖,其生物学活性存在较大差异,尤其对抗肿瘤活性的影响较大。其中的β-(1,3)糖苷键起着重要作用,大多活性多糖如葡聚糖都具有β-(1,3)糖苷键。同样是以葡聚糖为主链的多糖,香菇多糖具有较强的抗肿瘤活性,而淀粉则无任何生物学活性,这在一定程度上源于两者主链糖苷键的类型不同,前者为(1,3)键型,后者为(1,4)键型。

根据主链糖单元的组成可将多糖分为两类:同多糖和杂多糖。同多糖是指主链由同一单糖连接而成的多糖;杂多糖则是由两种或两种以上的单糖连接而成的多糖。目前已应用于临床的抗肿瘤多糖药物,如香菇多糖、裂褶多糖、灰树花多糖等均为具有葡聚糖主链结构的真菌多糖。葡聚糖是自然界许多动植物和微生物多糖的基本结构单元,据推测,它可能是生物产生宿主防御机制的基本诱发基因。除葡聚糖以外,其他同多糖也具有一定的生物学活性,如从酵母细胞壁中得到的甘露多糖能抑制人体细胞突变和抗氧化的活性。学术界也有研究报道具有生物学活性的杂多糖,以半乳糖葡萄糖为主链的杂多糖Thamnolan,具有突出的免疫调节功能和抗肿瘤活性。

4.构象对多糖功能活性的影响

多糖的构象对其功能活性起决定性作用。多糖构象是多糖基本结构作用的整体结果。由于多糖结构的复杂性,目前,多糖的结构研究大多局限于一级结构上,我们对大多高级构象还不明了。但多糖作为一个大分子,可以肯定的是多糖的高级结构对于多糖活性的发挥起着更为重要的作用。多糖改性可以改变多糖的空间结构,从而对构效关系产生影响。Adachi、Ohno等(1990)研究发现,对于水溶性β-(1-3)-D葡聚糖,只有摩尔质量在90000g/mol以上才能具有免疫活性。这是因为摩尔质量影响了多糖的空间结构,摩尔质量在90000g/mol以上的多糖才能形成三股螺旋结构,导致活性发生变化。

近年来,多糖构效理论研究得到了较快的发展,但仍不够完善。多糖构效理论来自于对天然多糖结构与功能活性对应关系的总结,又反过来指导多糖分子修饰研究,因此受天然多糖所表现出的功能活性的制约。此外,目前的研究通常只针对单因素对多糖活性的影响而没有考察多个因素存在情况下的交互作用,以及影响因素的主次顺序。

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