多糖

TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第七章多糖(Polysaccharides)TOOLSFORGLYCOBIOLOGY多糖(Polysaccharides)多糖是生物体内普遍存在的一种高分子聚合物，其种类繁多、结构复杂、功能多样，是一切生命有机体必不可少的重要组成成份，与维持生命所必须的生物机能密切相关。储存能量的动物体内的糖元和植物体内的淀粉；作为结构材料的植物纤维素和海洋动物的甲壳质（几丁质）以及微生物多糖等。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY多糖的种类结构型多糖–几丁质GlcNAc1-4–纤维素Glu1-4–肽聚糖Misc.能量储存型多糖–淀粉Glu1-4–糖原Glu1-4,1-6–果胶Glu1-4,1-6微生物多糖TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第一节几丁质(Chitin)TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、几丁质几丁质(chitin)，又称甲壳质、甲壳素。几丁聚糖，是N-乙酰葡糖胺的聚合物，脱乙酰化产物为壳聚糖(chitosan)。广泛存在于真菌类、藻类细胞壁贝类、节肢动物、甲壳动物外壳（虾、螃蟹等）昆虫角皮中，是地球上最丰富的高分子有机物之一。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY自然界生物合成几丁质量大约100亿吨/每年；占天然糖聚合物产量的第二位；自60年代起，有关几丁质的研究变得十分活跃，特别近10多年来全球掀起了几丁质研究开发热潮，引起全世界的关注。1977年在美国波士顿召开首次甲壳质国际学术会议后，相继又在日本、意大利、挪威、美国历届的会议。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY1995年在法国举行了欧洲地区的首次甲壳质学术会议。1996年在北京召开了首次国际学术研讨会。欧美学术界认为，21世纪多糖研究最有希望的是甲壳质，甲壳质与蛋白质、脂肪、糖类、维生素及矿物质为人体必需的第六大生命要素。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY二、几丁质结构几丁质的化学结构和植物纤维素非常相似，都是六糖的多聚体，分子量在100万以上。基本单位是乙酰葡萄糖胺，是由1000-3000个乙酰葡萄糖胺残基通过-1,4糖苷键连接的聚N-乙酰葡萄糖胺。壳聚糖(chitosan)，的基本单位是聚葡萄糖胺，是几丁质脱乙酰化的产物。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY三、几丁质的化学性质与特性几丁质不溶于酸碱，也不溶于水，不能被人体吸收利用。壳聚糖分子量低，在7000左右，约含有30个左右的葡萄糖胺残基，易被人体吸收。化学性能活拨，其中的脱乙酰化程度越高，发挥其生理效果越大。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY(1)能溶于酸性溶液，分子中含有带正电荷的阳离子基团（R-NH2）；(2)可被人体内的酶分解而吸收；(3)对金属离子具有螯合作用；(4)具有吸湿性能（分子中带有羟基和胺基极性基团）；(5)具有纺丝性和成膜性；(6)对人体无毒性和副作用。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY四、几丁质的生理功能1991年，美国、欧洲的医学界和营养食品研究机构将甲壳素称为继蛋白质、脂肪、糖、维生素、矿物质之后的人体健康所必须的第六大生命要素。研究发现，甲壳素作为健康食品，对人体具有强化免疫，抑制老化，预防疾病，促进疾病痊愈和调节生理机能等五大功能。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY增强免疫，抑制肿瘤作用；排毒养颜；降血糖，降血脂，降血压的作用；具有强化肝脏机能的作用；具有活化细胞，抑制老化，恢复各个器官机能作用；调节自律神经，促进末梢循环。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY五、几丁质的其他用途手术缝合线制作人造血管医用微胶囊药物缓释剂止血剂和伤口愈合剂骨病治疗剂用作人工透析膜TOOLSFORGLYCOBIOLOGY六、用于食品工业材料保水剂和乳化剂增调剂和絮凝剂食品保鲜剂不溶水可食薄膜功能性甜味剂功能食品的理想添加剂TOOLSFORGLYCOBIOLOGY七、用于化学工业材料应用于化妆品应用在纺织、印染、造纸化工催化剂涂料添加剂色谱分离用吸附剂稀有金属富集剂TOOLSFORGLYCOBIOLOGY八、在农业中的应用农业环保材料：可作为农业杀虫剂、保湿剂、饲料添加剂和土壤改良剂以及植物生长调节剂的添加剂使用。甲壳素可诱发植物防御素和几丁质酶活性。用它制作的植物生长调节剂，可促进植物生长发育，还可抑制植物致病菌的繁殖，可使小麦、大豆等作物增产10%以上。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY美国科学家发现，用甲壳素等做水稻种子包衣可提高水稻的产量5%~8%。波兰农科院有两个农场把甲壳素添加到猪饲料中，对290头母猪和2223头猪崽的饲喂试验结果表明，可预防疾病，并能促进生长。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY在农业中的应用几丁质酶：棉花抗黄、枯萎病基因工程研究(专利)利用几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶之间存在的协同作用，分别构建了两个定位于细胞内或细胞外的几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因的双价基因植物表达载体，通过花粉管道法转化棉花。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY九、几丁质和几丁聚糖的制备方法几丁质(chitin)通常是从虾蟹壳中提取。在虾蟹壳中，碳酸钙约占45%，粗蛋白和脂肪占27%，几丁质约20%左右。各类甲壳中，蟹壳含几丁质17.1-18.2%，龙虾壳为22.5%，虾壳为20-25%再将几丁质(chitin)处理就变成了几丁聚醣(chitosan)。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY几丁质和几丁聚糖的制备方法制备可溶性壳聚糖的工艺条件：用9％的酸处理蟹壳至无气泡为止;水洗至中性，再经8％NaOH70℃处理1h脱色得到几丁质产品；所得几丁质经50％NaOH95℃处理3h，水洗、干燥，得到粘度为1125mPa.的高分子量壳聚糖产品。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY第二节纤维素（Cellulose)TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、纤维素纤维素是-D-葡萄糖以-1,4糖苷键连接而成，不含分枝。在纤维中，纤维素结构单位是平行排列的。天然纤维素的分子量约为57万，纯化后纤维素的分子量在15～50万之间。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY纤维素同淀粉、糖元相似是由葡萄糖构成的，但葡萄糖与葡萄糖分子之间的连接方式有所不同。淀粉、糖元分子中D-葡萄糖是-葡萄糖以-1,4-糖苷键连接。纤维素是-D-葡萄糖以-1,4-D-葡萄糖苷键相连接，不含枝链。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY二、纤维素的分子结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY三、纤维素的生物学功能及其重要意义生物学的主要功能：细胞结构的重要组成成份作为植物或微生物细胞的外壁支撑和保护物质，使细胞具有足够的抗涨韧性和刚性。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY重要意义：作为生物圈中维持自然界和营养物质稳恒的贮存物质，如果自然界中纤维素的含量不是如此巨大，纤维素的化学性质也不会如此稳定，地球上大气中的CO2含量将会骤增。天然纤维是地球上最重要、最丰富的可再生资源，如果能使其充分有效地利用是缓解当今人类面临粮食、能源、环保三大危机的重要途径之一。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY四、纤维素的特性与用途特性：纤维素难溶于水，人体不能消化吸收，对人类无营养价值，但有刺激肠道蠕动的生理作用。某些微生物和昆虫能消化纤维素。反刍动物能利用纤维素作养料，它们体内含有能分解纤维素的微生物。纤维素在稀酸液中不易水解，在强酸溶液中加热可分裂成纤维二糖。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY用途：生产葡萄糖的原料酒精发酵原料生物制氢原料生物饲料原料生物肥料原料造纸原料生产地膜原料生物质转化的原料TOOLSFORGLYCOBIOLOGY五、纤维素的生物合成TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第三节淀粉(Starch)TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、淀粉淀粉是植物光合作用的产物，是植物营养的能量来源，是供给人类能量的主要营养素，大量存在于谷类、根、茎和某些植物种子。天然淀粉为颗粒状，外层为支链淀粉所组成，约占70％～80％，内层为直链淀粉，约占20％～30％。淀粉是由D-葡萄糖所组成的。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY直链淀粉：是由250～300个葡萄糖单位通过-1,4糖苷键连接而成的一条长链，其基本组成单位是麦芽糖。分子量在10000-100000之间。支链淀粉：支链淀粉比直链淀粉的分子量大，一般平均由6000个D-葡萄糖单位组成，其分子量大约在1000000左右。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY二、淀粉的分子结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY三、淀粉生物合成淀粉的合成是由几个重要的酶所催化的，其中有3个关键酶：ADPG焦磷酸化酶(ADPP)淀粉合成酶(SS)淀粉分支酶(SBE)这些酶在调节淀粉合成和代谢中起重要作用。近年来发现了另一种酶，淀粉脱支酶(starchdebranchingenzyme，DBE)在淀粉生物合成中也起到重要作用。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY四、淀粉的主要用途人类重要食品：重要营养素-葡萄糖提供人类活动所需的能量动物饲料生物质转化的主要原料：麦芽糖、葡萄糖发酵产品的重要原料：酿酒、味精、柠檬酸纺织工业的纱浆TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第四节糖原（Glycogen)TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、糖原糖原为动物体内贮存的碳水化合物，相当于植物体内贮存的淀粉，糖原也称为动物淀粉。高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。人类肝脏中的糖原含量可达到肝脏干重的10%。糖原是以葡萄糖为基本单位通过-1,4糖苷键连接为骨架，-1,6糖苷键分支而成。分子量在2.7×104-108之间。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY二、糖原的分子结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY三、糖原的生物合成TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY第五节微生物多糖基本概念细菌多糖真菌多糖商品化的微生物胞外多糖黄原胶(XanthanGum)短梗霉多糖TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、基本概念习惯上常常把细菌和真菌(包括霉菌和酵母)来源的多糖，统称为微生物多糖。在形态上，按照这些多糖所在的位置，把微生物多糖分为以下几类：(1)细胞壁多糖位于细胞壁；(2)细胞内多糖，位于原生质膜内侧或作为原生质膜的一部分；(3)细胞外多糖(EPS)，位于细胞外。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY基本概念根据其单糖组成，又可分为：(1)均一性多糖(由一种单糖组成）(2)不均一性多糖(由不同的单糖组成）(3)杂聚多糖(由不同的单糖和其它成分组成）按微生物类型又可分为：(1)细菌多糖(2)真菌多糖这些多糖大都分子量在104-107。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY二、细菌多糖细菌细胞壁多糖：（1）革兰阳性细菌细胞壁多糖（2）革兰阴性细菌细胞壁多糖细菌胞外多糖：（1）革兰氏阳性细菌夹膜多糖（2）革兰氏阳性细菌夹膜多糖TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY