多糖的构象研究

第2期

东北师大学报自然科学版N o 21998年JOU RNAL OF NOR THEAST NO RMA L U N IV ERSI T Y 1998

第一作者简介:张翼伸,女,78岁,教授

国家自然科学基金资助项目(39170206) 收稿日期:1997 10 08多糖的构象研究

张翼伸(东北师范大学生命科学学院,长春,130024)

摘要 利用多种方法如圆二色谱、旋光、粘度、比色等测定多糖的各项特征,研究

了多糖在溶液中的构象情况,以及外来因素如温度、pH 、变性剂、金属离子、化学

修饰剂等影响下,构象特征的变化,获得一系列有意义的规律.

关键词 多糖;结构;构象

糖复合物具有多种多样的生物功能,在生命现象中参与了细胞的多种活动.糖复合物的研究,国内开展较晚,目前虽已成为国际热门课题引起人们极大的兴趣与关注,但国内的研究,尚较冷落.

我们较早开始研究真菌多糖、植物多糖,曾确定多种糖链的一级结构,也涉及到多糖链的高级结构.糖链构象研究有极重要的理论意义,探讨结构与功能的关系,构象尤为重要.但多糖链构象的研究比较困难.我们在所研究的系列真菌、植物多糖中,选择其中一些较典型较特殊的,参考研究蛋白质、核酸构象的一些方法,如圆二色谱(CD)、比旋、粘度、比色等方法,研究多糖水溶液中构象特征,以及外来因素如温度、pH 、变性剂、金属离子、化学修饰剂等影响下的特征变化,以期获得一些有意义的规律.

1 缔合性

多糖链是由单糖残基通过 O 醚键来连接的,自由度与柔性较大.但多糖链上自由羟基很多,易形成氢键,因此糖链间相互缔合的情况是普遍的.某些多糖在水溶液中用光散射法、粘度法、凝胶色谱柱法测相对分子质量比在二甲亚砜中测相对分子质量结果要大.例如一种斜顶菌多糖 1 在水中的相对分子质量与在二甲亚砜中的相对分子质量之比是3 1.用光散射法测得斜顶菌多糖在水中和二甲亚砜中的相对分子质量分别为168 104和56 104.另用粘度法测得两种溶剂中的相对分子质量分别为152 104

和50 104.某些多糖在水溶液中与氯化钠溶液中所测相对分子质量也是不同的.例如一种树舌多糖CF 2a 2 在Sepharose Cl-4B 柱上,用NaCl 液洗脱,NaCl 浓度愈大,洗脱下来的相对分子质量愈小(如图1).右旋糖酐则变化不大.CF 2a 的粘度测定也同样,在NaCl 溶液

浓度愈大时,粘度愈小(如图2).右旋糖酐变化也不大.多糖链在水溶液中有缔合现象,在二甲亚砜中则无.在水溶液中的缔合可用稀NaCl 溶液解缔.用凝胶柱层析测多糖的相对分子质量时,不宜用水做洗脱剂,否则结果偏大

.

图1 树舌多糖CF 2a 在琼脂糖C l-4B 柱上层析

CF 2a , 右旋糖酐图2 CF 2a 在不同浓度NaC l 中的比粘变 C F 2a , 右旋糖酐

真菌多糖中的云芝多糖、斜顶菌多糖、树舌多糖、裂褶菌多糖、香菇多糖等均为 (1-

3)葡聚糖,均为三股螺旋链.这类多糖均可与刚果红形成络合物,在0~0 5mol/L NaOH 范围内,表现为最大吸收波长的特征变化(变成红紫色)(如图3).非 (1-3)葡聚糖或其他多糖链则不能与刚果红产生此颜色反应.但 (1-3)葡聚糖的主干链的长短、支链的长短、有无支链等均可影响三股螺旋链的稳定性.例如从斜顶菌中分出五种多糖 3 ,有三种结构相似,但相对分子质量大小不同.CS 1(50 104),CS 3(13 104),CS 4(0 3 104),它们与刚果红形成的络合物曲线(如图4)不同,主干长、相对分子质量大者稳定,表明三股螺旋链稳定.另两种分支率高者不稳定,C 2(40 104

,分支率高于CS 1一倍,支链长一个葡萄糖基),C 2-1(0 2 104~0 3 104,分支比例大)与刚果红所形成的曲线可以看出此特征(如图

5).图3 斜顶菌多糖的刚果红实验曲线

图4 C S 1,C S 3,CS 4刚果红实验曲线 多糖, 刚果红 CS 1, CS 3, CS 4, 刚果红

(1-3)葡聚糖的三股螺旋链在NaCl 溶液或二甲亚砜(DMSO)中则解聚,这种构象的转变在DM SO 混合溶剂体系中可看到构象的转化点 1~2 .如图6所示,以0 5mg/mL 多糖水溶液为起始溶液,以等浓度该多糖的DM SO 溶液调节体积分数 H 2O ,测不同 值下的比旋( )D 与比粘度 sp/c ,结果表明, 值减至0 2前,( )D 与 sp/c 基本不变.当 56东北师大学报自然科学版 1998年6月

值在0 2后则发生骤变,两种变化均以 H 2O 0 2为突变点,可以判断此时发生了构象的转化 1

,由三股螺旋转变为单股螺旋.实验表明此种转化是可逆的.其他的 (1-3)葡聚糖均可重复此实验

.图5 C 2,C 2-1刚果红实验曲线

C 2, C 2-1, 刚果红图6 CF 2a 多糖在水与二甲亚砜混合溶剂的比旋与比粘度 , sp/c - H 2O ; ,[ ]

D - H 2O

2 变性

多糖链因大分子链柔性大易变性,但也易复性.多糖水溶液在温度25 ~30 时, sp/c 基本不变,至40 时 sp/c 急骤下降,至60 降至最低 2 (如图7).但经8mol/L 脲,60 处理30m in 的多糖样品,则不随温度变化,表明后者变性为无序构象,前者为有序螺旋构象,40 开始向无序构象变化,且为可逆过程.大多数多糖可用热水或蒸煮的方法提取得到,即是因其加热后虽遭变性,但冷却后仍复性不变的原因.不过多糖样品脱水干燥时,温度稍高则变性,丧失或减低水溶性,值得人们注意.

多糖水溶液在pH 值过高或过低时变性,从粘度变化也可以观察到(如图8) 2 .靠近中性范围氢键稳定,构象稳定.在较低或较高pH 值下,氢键受破坏,多股或单股螺旋构象发生变化.

图7 多糖的比粘度与温度关系

CF 2a , CF 2a 经脲处理图8 多糖的比粘度与pH 值关系

变性剂如脲等若对多糖溶液产生较大的变性作用,需要达到一定浓度(如图8).当脲浓度在0~6mol/L 范围时 sp/c 逐渐下降,至8mol/L,降至最低.表明在水溶液中脲浓度大于6mol/L 后,构象发生显著变化.温度、pH 值、变性剂均可使多糖变性,但移去这些因57第2期 张翼伸:多糖的构象研究