葡聚糖和相关多糖

来源:Vicki CaligurBioFiles 2008, 3.10, 17.


 葡聚糖

历史上,葡聚糖一直被认为是糖加工和其他食品生产中的污染物。巴斯德显示葡萄酒中葡聚糖的形成是由于微生物的活性1。葡聚糖的名称由Scheibler于1874年创建,他证明葡聚糖是一种正旋光性碳水化合物,分子式为 (C6H10O6)n 2

葡聚糖是分子量 ≥ 1,000道尔顿的多糖,其具有α-连接的d-吡喃葡萄糖基重复单元的线性骨架。根据其结构特征,葡聚糖可以分为三类。吡喃糖环结构含有五个碳原子和一个氧原子。1类葡聚糖含有α(1→6)-连接的d-吡喃葡萄糖基骨架,由具有α(1→2)、α(1→3)和α(1→4)-连接的d-葡萄糖支链的小侧链修饰(参见图1)。1类葡聚糖的分子量、空间排列、支化类型、分支程度、以及支链长度各不相同3-5,取决于生产微生物的菌株和培养条件6,7。异麦芽糖和异麦芽三糖是具有1类葡聚糖骨架结构的寡糖。2类葡聚糖(交替糖)含有交替的α(1→3)和α(1→6)-连接的d-吡喃葡萄糖基单元的骨架结构和α(1→3)-连接的支链。3类葡聚糖(变聚糖)具有连续的α(1→3)-连接的d-吡喃葡萄糖基单元的骨架结构和α(1→6)-连接的支链。一维和二维NMR光谱技术已被用于葡聚糖的结构分析8

葡聚糖

图1. 由α(1→6)-连接的d-吡喃葡萄糖基重复单元的线性骨架组成的1类葡聚糖的一般结构。葡聚糖可以具有较小的d-葡萄糖链的分支,通过α(1→2)-、α(1→3)-、或α(1→4)-糖苷键与骨架连接。

葡聚糖的分泌提供了机会,使细菌通过具有更软或更坚硬的细菌细胞表面来调节粘附度,例如在蛀牙中,这取决于多糖本身、pH值和离子强度。在低盐条件下,如果具有较坚硬的多糖和较柔软的表面,则细菌粘附低,而如果具有较柔韧的多糖和较坚硬的细菌表面,则细菌粘附高。聚合物弹性对结构完整性很重要,而且吡喃糖环是控制多糖弹性的结构单元。这种弹性是因为由力引致的环结构的伸长以及吡喃葡萄糖从椅状到的舟状构象的最终转变,其在适应生物系统中的机械应力和调节配体结合中起重要作用9。实验室实验已经证明,葡聚糖、直链淀粉和支链淀粉(短梗霉多糖)的吡喃糖环经过切割,使这些不同的多糖链转化为类似的结构,其中聚合物主链的所有键可以在力的作用下旋转和排列。原子力显微镜测量显示,环切割后,单分子的葡聚糖、直链淀粉和支链淀粉(短梗霉多糖)显示出相同的弹性行为。

研究发现,葡聚糖是细菌细胞外多糖。它们由蔗糖通过有益的乳酸菌(例如肠膜明串珠菌和短乳杆菌)合成,但也由形成牙菌斑的变形链球菌合成。细菌在生物膜形成过程中使用葡聚糖10,或将其用作保护外层,例如病原菌用它来躲避宿主吞噬细胞11

纯化的葡聚糖的物理和化学性质,随着产生它们的微生物菌株和制备方法的不同而不同,但都是白色无味固体。葡聚糖高度水溶,溶液表现为牛顿流体。溶液粘度取决于浓度、温度和分子量,具有特征分布。

葡聚糖安全性的悠久历史使其可以用作食品和化学品的添加剂,并用于制药和化妆品生产中12。已经对葡聚糖在药物、蛋白质、酶和成像剂的靶向和持续递送中的作用进行了研究13。在医学上,分子量范围为75-100 kDa的临床级葡聚糖已用作输血中的血浆体积膨胀剂14。其他应用包括使用葡​​聚糖与聚乙二醇作为水性两相系统的组分来提取生物化学品。葡聚糖中存在的羟基基团提供了许多衍生化位点,这些官能化的糖缀合物代表了很大程度上尚未研究的类别的生物相容性和环境安全化合物。

交联葡聚糖珠广泛用于生化研究和工业中的色谱。交联葡聚糖的经典应用是作为填充床色谱柱中的凝胶过滤介质,用于分离和纯化分子量在0.7-200 kDa范围内的生物分子15-17。离子交换色谱使用已经衍生化的带有正电或负电基团 [例如羧甲基(CM)、二乙氨乙基(DEAE)、二乙基(2-羟丙基)氨乙基(QAE)和磺丙基(SP)] 的葡聚糖。

我们提供多种具有高度多分散性的葡聚糖,以及具有高分子量标准和低多分散性(Mw/Mn值接近1.0)的葡聚糖。


 其他多糖

短梗霉多糖是主要由淀粉通过真菌出芽短梗霉菌产生的结构多糖18,19。短梗霉多糖由重复的α(1→6)-连接的麦芽三糖(D-吡喃葡萄糖基-α(1→4)-D-吡喃葡萄糖基-α(1→4)-D-葡萄糖)单元组成,偶尔含有麦芽四糖单元20。扩散有序NMR光谱已被用来简单估算短梗霉多糖的分子量21。已经研究了短梗霉多糖在水中的溶液性质,并且证实了短梗霉多糖分子在水溶液中表现为无规卷曲形态22

糊精由D-吡喃葡萄糖基单元组成,但链长比葡聚糖短。它们以单个α(1→6)键开始,但线性地以α(1→4)-连接的D-吡喃葡萄糖基单元继续。糊精通常是衍生自淀粉水解的混合物,并且已广泛用于食品、造纸、纺织和制药工业中。

葡聚糖硫酸盐由葡聚糖通过硫酸化衍生而来。它们已成为许多分子生物学技术不可或缺的组成部分,包括从琼脂糖凝胶中转移大DNA片段和快速杂交23,定量高密度脂蛋白胆固醇的沉淀程序24,以及抑制病毒粒子与CD4+细胞的结合25


 材料

     


 参考文献

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