第9章-多糖PPT参考课件.ppt

,化学工业出版社,第八章 多 糖,一、,多糖的结构与组成,二、,多糖的分类和命名,三、,多糖的分离,与分子量的测定,四、,多糖化学结构研究,五、,多糖的生理作用,六、,天然多糖化合物,糖、核酸和蛋白质是生命体中最重要的三类大分子量物质，但对这三种物质的认识程度却有很大的不同，其中对糖的结构与功能的认识远远落后于对核酸和蛋白质的认识，主要原因有两方面：,随着分离分析和化学手段突飞猛进的发展，使人们对糖的结构有了全新的了解，糖化学这门经典学科在,21,世纪又涣发出新的活力。,糖的化学较核酸和蛋白质复杂。,核酸和蛋白质,:,通过磷酸二酯键和酰胺键相连的线性分子；,糖,:,糖苷键,(,、,两种立体异构形式,),相连，单糖有数个羟基形成支链结构。因此，糖的分离、结构分析和化学合成都较困难。,糖在生物体中的合成也远比核酸和蛋白质复杂。,核酸和蛋白质合成,:,模板控制、高度精确的过程,；,糖链：,合成或断裂由特定糖基转移酶或水解酶控制，是不精确的。,一、多糖的结构与组成,多糖,为单糖组成的天然高分子化合物，约三百种。在水里不能形成真溶液，只能形成胶体溶液。,1.,多糖的结构,多糖的结构与低聚糖相似，都是单糖通过糖苷键组成。,从化学结构考虑，多糖为多个单糖分子经失水缩聚而成。,因单糖存在方式多：,D-,、,L-,型；环状,(,五员、六员环,),；,-,、,-,式，以最稳定方式存在。如此多糖似乎很多，很复杂，实际并不复杂。天然多糖有一定重复规律性。,例,：,纤维素,是由,D-,葡萄糖经由,-1,4-,糖苷键联结而成的直链分子，这种结构在整个分子中重复。其它复杂多糖也有一定的重复规律性。,2.,多糖的组成,组成多糖的单糖和糖醛酸有以下几种：,(1),己糖,：主要有,D-,葡萄糖，,D-,甘露糖，,D-,果糖，,D-,半乳糖。少数为,L-,半乳糖，,D-,艾杜糖，,L-,阿卓糖。,(2),戊糖,：最重要的是,D-,木糖。,(3),其他单糖,：除已糖、戊糖外，近年发现多糖中含稀有的脱水糖、二脱氧糖、庚糖、辛糖等。,(4),己糖醛酸,：,D-,葡萄糖醛酸，,D-,半乳糖醛酸，,D-,甘露糖醛酸，,L-,古罗糖醛酸，,L-,艾杜糖醛酸等。,例：,3.,含糖醛酸特征,糖醛酸与带阳离子高分子如蛋白质结合,成盐,，使蛋白质沉淀。,利用此特征于分离,水溶性杂质，得纯酸性多糖。,若多糖中,既含糖醛酸又含氨基糖,，且两者几乎相等，则此多糖具有,两性,。,糖醛酸因含,-COOH,，所以在,水中离子化程度大,，离子化的羧基与水成氢键能力大，,使多糖具有高溶解度,。可调增大,pH,值使多糖沉淀出来，原因是羧基离子化程度降低，水化程度降低，多糖分子间的排斥作用减少到一定程度而析出。,4.,直链多糖与支链多糖,根据链连接方式可分为直链多糖与支链多糖,。直链多糖与支链多糖的,区别,：,用溶剂,(,如水,),配成胶体溶液，涂于玻板上，干燥成膜。支链多糖形成的膜脆弱，易碎裂；直链多糖形成的膜强度高，聚合度越大，膜强度越高,(,聚合度,50),。,对于水不溶性糖可先乙酰化，用氯仿溶解所得乙酰酯成膜性质。,来源不同的同一种多糖物性不同,：分子量大小，颗粒大小，溶解度、折光率等物性有差异,。非水溶性多糖与酸成酯，再用有机溶剂萃取。,5.,多糖的三类功能,(1),支持组织的多糖,(,结构物质,),：,分子间氢键结合力强，一般不溶于水，浸在水中不膨胀，与化学试剂不易反应。如纤维素、木聚糖、甲壳素等。,(2),营养性多糖,(,贮藏食物,),：氢键结合力弱，易吸水膨胀成胶体溶液，易与化学试剂发生化学反应。如淀粉、菊糖、糖原等。,(3),其他功能的多糖,：在生物体内不是以游离的多糖形式存在，而是与蛋白质结合成蛋白糖。如透明质酸、肝素等。,二、多糖的分类和命名,1.,多糖的分类,(1),同聚多糖,由同一种单糖聚合而成，又称均多糖。主要包括：阿拉伯聚糖、木聚糖等,戊聚糖,。淀粉，纤维素，琼脂，菊粉，果胶等,己聚糖,。,(2),杂聚多糖,由不超过四种的不同种单糖聚合而成，又称杂多糖，有二杂多糖、三杂多糖、四杂多糖。例如存在于动物软组织中的二杂多糖多聚半乳糖氨基葡萄糖醛酸。,2.,多糖的命名：,(1),俗名,(,以来源命名,),淀粉，纤维素，糖原，果胶，甲壳质。缺点：不能表示化学组成和结构。,(2),普通命名法,(,简称,),同聚多糖,：多聚葡萄糖,(,简称葡聚糖,),，多聚半乳糖,(,半乳聚糖,),，多聚果糖,(,果聚糖,),；,杂聚多糖,：,IUPAC,法先后次序无规则，一般：存在于主链中的单糖放在后面，存在于支链中的单糖放前面；仅有直链的杂聚多糖则主要的单糖放在后面。,例,多聚葡萄甘露糖,表示含甘露糖为主的多糖或主链为甘露糖组成、葡萄糖位于支链的多糖。,。,名称 存在 糖苷键种类,多聚葡萄糖,直链 细菌,-1,2-,直链 黑曲霉菌,-1,3-,；,-1,4-,直链 海藻,-1,3-,；,-1,4-,直链 真菌,-1,4-,；,-1,6-,多聚果糖,直链 菊芋,-1,2-,例菊芋中的,菊糖是由,30,多个,D-,果糖,-1,2,连接，末端连一个,D-,葡萄糖,。,部分同聚多糖的糖苷键种类和来源,:,三、多糖的分离,与分子量的测定,1.,多糖的分离,各种多糖在生物体中都是与其它物质共同存在，应将需要的多糖先分离成纯粹的状态，以便于其分子量的测定和结构的研究。多糖的分离较复杂，无统一的分离方法，可分成水溶性多糖和水不溶性多糖两类进行分离。,(1),水溶性多糖的分离,方法,1,：,用水或稀酸、稀碱、盐溶液等提取，然后用电泳法或离子交换树脂法除去无机盐类，葡聚糖凝胶除小分子。,方法,2,：,用水溶解后，加有机溶剂,(,乙醇、丙酮、吡啶,),，使多糖沉淀，也可用冷冻干燥法分离出来。,方法,3,：,用分步结晶方法,。例与铜盐形成不溶络合物，与季铵盐生成不溶的盐。季铵盐可与多糖形成沉淀，改变盐浓度和,pH,值，不同的酸性多糖可分别沉淀出来。中性多糖可先与,H,3,BO,3,形成络合物，再被季铵盐沉淀。,常用季铵盐：,溴化十六烷基三甲基铵 氯化十六烷基吡啶铵,(2),水不溶性多糖的分离,A.,用水或有机溶剂除去杂质。,例用碱液处理木材纤维素除去半纤维素。,B.,用离子交换吸附柱分离多糖。,此步蛋白质也被吸附。,pH=6,阴离子交换柱吸附酸性多糖。,pH7,阴离子交换柱吸附中性多糖。,分子大小不同的多糖用不同型号的葡聚糖凝胶或聚丙烯酰胺凝胶分离，电泳法也能分离。,C.,除去蛋白质。,用酶法、有机溶剂变性法等方法除去。,例：,利用蛋白酶水解，然后用渗析法、吸附法或用乙醇沉淀法分离所生成氨基酸或肽。,(3),多糖纯度的判别,主要有以下三种方法：,A.,用两种以上不同方法分离多糖样品，如得到相同物性的多糖，则可判定为纯的多糖。,B.,用两种以上不同方法分离多糖得不同部分都具有相同成分和性质，则为纯多糖。,例：,90%,乙醇,(,组份,1),；,75%,乙醇,(,组份,2),。两组份相同则为纯多糖。,C.,高速离心沉淀法和电泳法等。,例电泳法：,样品中加,H,3,BO,3,生成络合物，增加电荷，改变其电泳性质测定。,2,.,多糖分子量测定,都为平均分子量，表示大小分子量的平均值。数量平均分子量,M,N,：根据分子大小的相对数量求得。重量平均分子量,Mw,：根据分子大小的相对重量求得。,计算方法：,M,N,=N,i,长度,i,分子的分子量。,Mw=M,i,具有,i,长度的分子数量。,(1),测分子量样品要求,A.,多糖溶于适当溶剂。,B.,保持多糖分子在溶液中能完全均匀地分散存在。,C.,与溶剂不发生反应。,D.,在溶液中不降解。,例：,被溶物质 溶剂,纤维素 铜铵及乙二胺溶液,淀粉 乙二胺溶液加适量碱,在上述溶剂中仍难免降解，为免降解可用多糖的衍生物醋酸酯或硝酸酯。,(2),测定分子量方法,渗透压力法,：,溶液的渗透压力与浓度成下比，与分子量成反比。,测,M,N,(,分子量,10,4,10,6,),；,粘度法,：,高分子化合物的分子大，其溶液的粘度高，随分子量的增大，粘度增高的程度大。,测,M,W,(,分子量,10,4,),；,光散射,：,当一束光通过溶液发生光散射现象。若溶质分子小，则散射是对称的，若溶质分子大过射入光线波长约,1/20,或,1/15,，则散射是不对称的，向前方向的散射光最强，向后的散射光最弱，测定散射光的不对称程度，可测定容质的分子量大小。,测,Mw(,分子量大小不限,10,3,10,8,),；,超速离心,(,冷冻离心,),沉淀法,：测,M,W,(,分子量,310,4,),，,-70,；,等温蒸馏法,：测,M,N,(,分子量,10,3,210,4,),。,四、多糖化学结构研究,1.,步骤与方法,(1),步骤,先将多糖完全水解成单糖。,用纸色谱，薄层层析色谱等确定单糖种类，再用甲基化方法确定糖单位的环形结构，糖苷键位置，非还原端基的比例。,部分水解成低聚糖并确定低聚糖种类、组成，以此确定是否为杂多糖，进一步确定糖苷键的形式。,确定分子量，分子形状等。,(2),方法,化学方法,：,通过水解，甲基化，高碘酸氧化等方法来确定单糖的种类、结构，糖苷键位置，非还原端基的比例，链平均长度等。,物理方法,：,用液相色谱，凝胶色谱，红外光谱和核磁共振谱，,X-,衍射等分离并确定结构。,测定多糖分子量,：渗透压法，粘度法，超速离心沉降法，光散射法。,IR,图谱,：羰基,17251729 cm,-1,强,-,糖苷键,8448 cm,-1,中强,-,糖苷键,8917 cm,-1,中强,-D-,葡萄糖胺,1601 cm,-1,强吸收,NMR,图谱,：可确定多糖构象。,2.,完全水解,多糖用无机酸在适当条件下能完全水解，定量地转变成单糖，分离和分析单糖种类能确定多糖是由何种单糖组成。,一般,pH=34,，常用,HCl,，温度,50,。,(1),完全水解的难易规律,五元环糖苷键比六元环易水解。,-,糖苷键比,-,糖苷键易水解。,多聚六元环戊糖比多聚六元环己糖易水解，速度相差,101000,倍。,氨基取代或糖醛酸增加不易水解。,复杂多糖具有水解难易不同的糖苷键则用分级水解。,淀粉与糖原的水解：,直链，支链中,-1,4-,糖苷键水解难易相同,。但具支链的,-1,6-,糖苷键难切割，据此可确定有多少支链。,环形,-1,4-,糖苷键结构比直链,-1,4-,糖苷键难得多,，据此可判断环糊精或一般淀粉。,(2),水解条件,多聚六环己糖用,1NHCl,煮沸。,纤维素或其它水不溶性多糖,-,糖苷键需分二步。,多聚阿拉伯糖，多聚果糖用,0.01N,无机酸，,85,左右水解,1525,小时。,糖醛酸中,-COOH,用,LiAlH,4,还原为,-CH,2,OH,，较易用酸水解。,(3),水解产物的检测,纸色谱,：,50500mg,多糖样品水解，灵敏度,15g,。,纤维色谱,：可分离,810,种单糖。,气相色谱,：样品量更少，更灵敏。,(,鉴别,D-,，,L-,糖：需制成衍生物再测定。,),电泳纸色谱,：用,H,3,BO,3,缓冲液,pH=10,，,H,3,BO,3,与糖形成络合物。例可把古罗糖，甘露糖分离开来,(,其它方法不能分离,),。,高压液相色谱,：样品量少，灵敏，适用面广。,3.,部分水解,常用无机酸、醋酸、酶，控制水解反应进行到一定程度，水解产物包括单糖、二糖、三糖和其它低聚糖。,单、二、三、四聚糖,可用活性炭,:,硅藻土,(1:1),混合柱分离,，水解液中和后上柱，水洗脱，先得单糖，再用乙醇水溶液洗脱，并逐步提高乙醇浓度,(40%,，,6065%),，二、三、四聚糖相继被洗脱，分离开来。再用纸层析，薄板层析检测。,根据低聚糖的结构可以了解多糖分子中糖苷键的种类和构型,此法称为“键分析”,。但部分水解的键分析方法不能确定多糖分子中支叉的数量或不同糖苷键的比例，结合甲基化法才行。,4.,甲基化法,多糖经甲基化得到甲基取代多糖，再经水解得甲基单糖，用色谱法分离，分析所得甲基糖的种类和数量，能了解原来多糖分子中糖苷键的种类、支叉结构和计算链平均长度。,(1),实验方法,经典甲基化方法,：,a.,硫酸二甲酯和,NaOH,，此法为部分甲基化方法。,b.,甲基碘和,Ag,2,O,，此为完全甲基化方法。,水解,：甲基取代多糖用酸水解，得甲基糖，再进一步分离。,分离,：色谱柱法或薄层色谱法等。,(2),应用,根据四甲基糖和三甲基糖的比例来计算直链多糖的平均分子长度和聚合度，此为尾端分析法。,计算支链多糖支叉的程度。,了解糖苷键的种类。,缺点,：,交叉链种类不清楚。,完全甲基产物少。,需二种以上分离方法结合使用。,5.,高碘酸方法,(1),特点,多糖分子中相邻碳上,-OH,双,-CHO,。糖苷键不受影响。,原来多糖分子链成为双醛化合物链。加乙醇沉淀，干燥得粉末。,了解相邻碳上,-OH,为反式或顺式。（因顺式氧化速度大于反式）,了解糖苷键的种类，尾端基，链长度和支叉程度。,(,通过分析氧化剂耗用量，甲酸和甲醛生成量,),方法简单、准确，需样品量较甲化基法少。,(2),反应条件与结构推测,低温,(5),、避光。,高碘酸用量为计算量的一倍，浓度,7%,，形成凝胶能力强。,b.,pH=23.5,，有析离现象为高甲氧基果胶。,c.,加糖,(65%,不析离，,70%,粒状物出现,),。,d.,温度,T50,不会凝胶。,pH=3.1,时形成凝胶硬度最大，,pH=3.4,时形成凝胶硬度较小，,pH=3.6,时不凝胶。,低甲氧基果胶,a.,甲氧基,(-OCH,3,),含量,7%,。,b.,糖、酸多少无影响，不发生析离。,c.,0,时凝胶强度最大，大于,58,凝胶被破坏。,d.,对,Ca,2+,敏感，易凝胶,(,工业上主要用,CaCl,2,),。,结构见右：,凝胶条件,HMP,：固形物,55%65%,，,pH=3,；,LMP,：,Ca,2+,存在很易凝胶。,酶脱酯,(,即使,HMPLMP),，则对,Ca,2+,很敏感，故硬水不行。酸脱酯,(,即使,HMPLMP),，则对,Ca,2+,不敏感。碱脱酯介于两者之间。,制果酱常用,LMP,，加,CaCl,2,，一般,20%,确好，,CaCl,2,少则析水，多则太硬。各种果胶凝胶情况见表。,(4),果胶的应用,在医药工业的应用,用作药物制剂的辅料。,利用果胶的乳化、胶凝、增稠作用，可用在膏剂、栓剂、微囊缓释剂中。,以果胶为有效成分的药物。,治疗糖尿病、腹泻、动脉硬化等,。果胶具有植物纤维作用，用果胶治疗可血糖值明显下降，还具抗菌、止血作用。,果胶具有维持血液中胆固醇含量的功能，,有治疗缺铁性贫血的功能,。,果胶作为解毒剂。,与铅、汞等重金属记子络合；与甲醇成酯。,在食品工业的应用,果胶在食品工业中广泛用作增稠剂、组织成型剂、乳化剂和稳定剂。,a.,果酱、果冻,：果酱中除果胶,(0.40.5%),外，固形物,(,糖,)5565%,，,pH=3,。例草莓酱：草莓,50%,，砂糖,36%,，水,13%,，低甲氧基果胶,0.6%,，柠檬酸,0.4%,。,b.,果汁饮料、酸奶制品、糖果产品、冰制品：,果汁饮料主要含果汁、矿物质、有机酸、维生素、果胶等。酸奶含酸乳酪,90.4%,、砂糖,9.0%,、高甲氧基果胶,0.6%,。果胶软糖：用,HMP,时调,pH=3.33.6,；用,LMP,时调,pH=4.04.5,，,pH,值用苹果酸、柠檬酸调节。,除医药、食品工业外，近年来果胶在化妆品、纺织、印染、冶金、烟草等行业都得到越来越广泛的应用。,4.,肝素,(1),肝素的结构,肝素也是酸性黏多糖，其结构式如下所示。,(2),肝素的提取分离,粗肝素的提取分离,粗肝素主要从动物肠黏膜中提取。首先将肠黏膜酶解，通过离子交换从酶解液中吸附肝素，再用盐溶液洗脱，最后洗脱液用乙醇沉淀，可得粗肝素。粗肝素效价为,50120,U/mg,，收率为,2,万,9,万,U/kg,肠黏膜。,肝素的分离精制,(3),肝素的功能与应用,抗凝血功能,肝素的重要作用是抗凝血和加速血浆中三酸甘油脂的清除。临床上己广泛用作抗凝血剂，用于防治动脉粥样硬化引起的心绞痛、慢性冠状动脉炎及心肌梗塞后遗症等。,抗炎抗过敏功能,肝素具明显的抗炎抗过敏作用，可治疗肾小球肾炎、类风湿、系统性红斑狼疮等，还可改善组织细胞坏死等。,抗病毒与抗肿瘤功能,肝素能与病毒多糖相互作用，降低病毒吸附到细胞表面。肝素由于分子中的大量负电荷在血液中与癌细胞结合后，增加癌细胞的负电荷，不利于肿瘤转移，直接抑制细胞的分裂。,5.,真菌多糖,从真菌中分离得到的多糖，是微生物多糖中的一类。,(1),真菌多糖的结构,真菌中的活性多糖主要存在于细胞壁中，真菌细胞壁的主要组分是几丁质和,-(13)-,葡聚糖，其细胞壁的基质主要是,-(13)-,葡聚糖和半乳甘露糖。真菌细胞壁的结构材料常常是非纤维素的葡聚糖和甘露聚糖。,例：,从赤灵芝中分离得水溶性抗肿瘤多糖,GL-1,，,D,+26,，,M,r,=4.0,10,4,。多糖,GL-1,中单糖组成摩尔比为：葡萄糖,:,木糖,:,阿拉伯糖,=18.1:1.5:1.0,。,GL-1,为分支的阿木葡聚糖，含有一个包括,-(14),糖苷键和,-(16),以及,-(13),键的主链和侧链,。,冬虫夏草多糖,：为高度分支的半乳甘露聚糖，主链为,-(14),糖苷键连接的,-,呋喃半乳糖基及,(14),糖苷键连接的,D-,吡喃半乳糖基，非还原性末端均为,-,吡喃半乳糖和,-,吡喃甘露糖。,香菇多糖：,主要是,-(13)-D-,葡聚糖、,-(16),和,-(14)-D-,葡聚糖混合物以及,-(16)-D-,葡聚糖。,银耳多糖：,是一种酸性杂多糖，其主链结构是由,-(13),糖苷键连接的甘露聚糖，支链由葡萄糖酸和木糖组成,(2),真菌多糖的提取分离,真菌多糖通常为水溶性多糖，在提取多糖之前，可用酶、超声波或低温冻融等方法使细胞破碎，然后加入乙醇等有机溶剂以除去材料中的脂类物质并减少多糖降解。再用,100,热水浸提，浸提时间及重复浸提次数视不同真菌而定，浸出热水可溶性部分后继续用酸、碱处理。提取液经离心或过滤，减压浓缩后，加入乙醇可使多糖沉淀，有时不同浓度的乙醇可沉淀出不同组分的多糖。沉淀相继用乙醇、丙酮、乙醚洗涤，或经流水透析再冷冻干燥便可得到多糖粗制品，一般需研究多糖抑瘤活性时以流水透析再冷冻干燥为好。多糖粗制品依次经,DEAE-,纤维素柱层析、凝胶过滤、吸附层析便可分离出各种组分的纯多糖。,(3),真菌多糖的生理活性,抗肿瘤功能,许多真菌多糖都有抗肿瘤功能，如香菇、银耳、竹荪、鸡纵、灵芝、,冬虫夏草,等，它们中多糖经研究都具有较强的抗肿瘤作用。真菌多糖的抗肿瘤活性主要在于刺激免疫活性，真菌多糖中复合组合的多糖抑瘤活性更强，因此，粗多糖表现出的活性一般来说比纯多糖高。,多糖的抗肿瘤活性不仅与其初级结构有关，更多的与它们的分子大小形状及在水中的溶解特性和构象形态等有关。,提高免疫功能,真菌多糖能对机体网状内皮系统及腹腔巨噬细胞的吞噬能能具有明显的激活作用，能促进淋巴细胞的转化，具显著增强机体免疫功能与升高白细胞的作用。香菇多糖是目前已知的最强免疫增强剂之一，金针菇多糖、冬虫夏草多糖等也具有恢复和提高免疫力的作用。,降血压、血脂功能,真菌多糖可增强冠体流量与心肌供氧，降低血脂，预防动脉粥样硬化斑的形成。如,竹荪多糖对降低血压是十分有效的，,冬虫夏草多糖对心律失常、房性早博有疗效，灵芝多糖对心血管系统具调节作用，可强心、降血压、降胆固醇、降血糖等。,真菌多糖除了上述功效外，还具有护肝解毒、抗衰老、抗感染、抗水肿、祛痰镇咳等方面的功效。,(4),真菌多糖的应用,灵芝多糖,灵芝多糖具有免疫促进作用、抗肿瘤作用、镇静及强心作用等，可作为保健食品和药品的有效成分。目前已有灵芝口服液等保健品，灵芝注射液等临床产品。,冬虫夏草多糖,冬虫夏草是我国名贵的中药材，具有抗肿瘤等生理活性。在我国保健品生产行业中已经形成了以虫草为基料的系列保健品，如虫草酒、虫草精等已显示出对人体多方面的生理作用，展示了它的应用前景。,香菇多糖,香菇多糖是一种天然的抗肿瘤多糖，并且具有提高免疫力、杀灭病毒等功能。临床上作为原发性肝癌等恶性肿瘤的辅助治疗药物，可以缓解症状，提高患者低下的免疫功能。医药上的产品有香菇多糖注射液等。,银耳多糖,银耳多糖有明显的增强免疫功能，并具有抗放射、升高白血球、降血脂、降血糖、延缓,衰老、,抗肝炎、抗溃疡等作用。临床上已用于治疗高血压、抗肿瘤等方面。保健食品方面，市场上其产品也是琳琅满目。,这里仅介绍了几类天然多糖化合物，随着对多糖化合物研究的深入，它们许多新的生理功能正在被人们发现，并在食品、医疗保健方面显示出广阔的应用前景。,