合肥学院

(生物化学综述)

学号: 1202011034

姓名: 张 雪

班级: 12生物工程（1）班 专业: 生物工程

题目: 壳聚糖的结构和性质以

及前景

摘要：壳聚糖及其衍生物是一种天然高分子,随着对其研究的深入发展,涉及的内容和应用范围越来越广泛。本文综合概述了壳聚糖的结构、性质、富集及其化学改性的方法,简单介绍了它们的应用领域。生物相容性好、可降解、对组织和细胞无毒副作用的生物材料一直是生物医学领域研究的热点。壳聚糖(α(1-4)2-氨基2-去氧β-D葡聚糖)是甲壳素脱乙酰得到的天然多糖中惟一的碱性多糖,具有很多优良的特性。本文就壳聚糖的结构、性质及其应用进行综述

关键词：壳聚糖，结构，性质，富集;化学改性;应用。

引言: 壳聚糖具有许多独特的化学物理性质,根据其酸化、酉旨化和氧化、接枝与交联、经基化、经烷基化等反应还可制备成多种用途的产品,而且从氨基多糖的特点出发具有比纤维素更为广泛的用途。对壳聚糖的应用开发研究,自本世纪六十年代以来就十分活跃,近年来国际更是十分重视对它的深入开发和应用。通过对甲壳质和壳聚糖进行化学修饰与改性来制备性能独特的衍生物已经成为当今世界应用开发的一个重要方面。

一．壳聚糖的结构与性质

1.壳聚糖的来源甲壳素

壳聚糖来源于一种自然资源十分丰富的线性聚合物一甲壳素，是甲壳素经脱乙酰化反应后得到的一种生物高分子Ⅲ。甲壳素是一种天然多糖类生物高分子聚合物，在自然界中广泛存在于低等生物菌类、藻类的细胞，节支动物虾、蟹、昆虫的外壳，软体动物(如鱿鱼、乌贼)的内壳和软骨，高等植物的细胞壁等，将甲壳动物的外壳通过酸碱处理，脱去钙盐和蛋白质，即可得到甲壳素。甲壳素化学名为[(1，4)一2一乙酰胺基一2一脱氧一BD-葡萄糖]，分子式为(C8H13N05)。，单体之间以B(1-4)糖苷键连接，分子量一般在lO6左右，理论胺含量为6．9％。甲壳素的化学结构与植物中广泛存在的纤维素结构非常相似，故又称为动物纤维素。 壳聚糖是一种天然化合物,属于碳水化合物中的多糖,是甲壳素N-脱乙酰基的产物,其学名是β(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖。

壳聚糖本身的基本结构是葡萄糖胺聚合物,与纤维素类似。但因多了一个胺基,带有正电荷,所以使其化学性质较为活泼。且因其聚合分子结合键角度自然扭转之故,对于小分子或元素会发生凝集螫合作用。根据甲壳素脱乙酰化时的条件不同,壳聚糖的脱乙酰度和分子量不同,壳聚糖的分子量通常在几十万左右。但一般来说N-乙酰基脱去55%以上的就可称之为壳聚糖。

壳聚糖本身性质十分稳定,不会氧化或吸湿。鉴于壳聚糖及其衍生物具有优良的生理活性,在食品、生物制药、水处理方面显示出

非常诱人的应用价值。近年来,国内外对壳聚糖的开发研究十分活跃。

二 聚糖富集工艺的研究现状

由于壳聚糖吸附剂有以上的优点,学者们

对其富集的工艺已经有了较为深入的研究。 李斌,崔慧[1]研究了以壳聚糖作富集柱,稀H2SO4为洗脱剂,稀NaOH为再生剂,火焰原子吸收光谱法简便、快速分离富集测定水中痕量Cu(Ⅱ)的方法,于波长325nm 处测定,检出限为20ng·ml-1,线性范围为10~20μ

g·ml-1。此法的优点在于简便、快速、选择性好、经济实用、效果良好。但由于壳聚糖易降解,在实际操作中存在着流速控制难,富集效果不均一,空白大的问题。 王瑜

[2]采用壳聚糖修饰钨丝基质螺旋卷,直接浸入含有痕量铜的pH 5.0的缓冲溶液中,经电磁搅拌富集一定时间后,将其转移至空气/乙炔火焰燃烧器上,利用火焰原子吸收光谱法简便快速测定水中痕量铜。方法的线性范围为2~75μg/L;检出限为0.98μg/L。同一支钨丝螺旋卷重复涂敷壳聚糖富集Cu,RSD ( n =

6)为2. 7%。此法简单快速,选择性好,用于自来水中Cu2+的测定结果令人满意,但成本偏高。由于壳聚糖粘度大,分子刚性差,在偏酸性的溶液中, 壳聚糖由于分子中的氨基( -NH2) 易质子化( -NH3+) 而溶解, 使其应用受到限制。但利用壳聚糖重复单元上的羟基和氨基,可对其进行交联、接枝、酯化、酰化、醚化等化学改性,制备出具有不同理化特性的壳聚糖衍生物, 或与机械强度高的高分子化合物,通过物理混合制备成微球或微球的办法后,提高了机械强度或吸附能

力,从而延伸了壳聚糖的应用领域和范围,就是改性壳聚糖。 3、壳聚糖的改性 ① 化学改性:

共聚壳聚糖:壳聚糖与含有乙烯基的单体进行共聚反应,从而使壳聚糖具有某些特殊性能。 壳聚糖酯化:甲壳素/壳聚糖与脂肪族或芳香族酰氯或酸酐反应,所生成的酰化产物具有许多新的用途。

壳聚糖醚化:甲壳素/壳聚糖中的羟基与卤代烃或醇反应,可生成醚,广泛用于日化工业。 化学交联改性:就是壳聚糖与戊二醛、环氧氯丙烷等发生交联而制得的外观类似树脂的白色或浅黄色粉末,理化性质与壳聚糖有明显差别,它不溶于水、酸、碱溶液。 ②壳聚糖的物理改性 壳聚糖与膨润土复合:根据膨润土层间阳离子的可交换性,利用壳聚糖在酸性溶液中带有正电荷的特性,将壳聚糖负载在膨润土上,制成固体复合吸附剂。

壳聚糖与PVA复合:制备壳聚糖/PVA微球,因PVA机械强度高,PVA分子中丰富的-OH与壳聚糖分子中的-OH、β-O、-NHR,

形成氢键与分子间作用力增大的缘故,在维持其功能性的同时,其耐酸碱性能与机械强度也明显提高。

5、改性壳聚糖的应用

壳聚糖自然资源丰富,在研究角度和实用角度都有着巨大潜力。在生物、食品、医药、废水处理、纺织、造纸等领域中均有一席之地。19xx年,日本首次将壳聚糖作为絮凝剂处理废水,并于同年在关国波士顿召开有关甲壳素、壳聚糖的会议,从那时起,甲壳素和壳聚糖的应用就得到较快的发展。国外的化妆品行业已经大量采用壳聚糖,如德国的WELLA及日本的姿生堂等公司,据统计日本每年约有100t壳聚糖衍生物用于化妆品工业中;壳聚糖具有广谱抗菌性,对多种细菌生民都有明显的抑制作用,可用来对织物进行抗菌防霉整理。

参考文献 ：徐晶、王新省:流动注射壳聚糖在线微柱预富集火焰原子吸收光谱法测定痕量钯.分析化学(FENXI HUAXUE)研究报告

李斌、崔慧:壳聚糖富集FAAS法测定水中痕量Cu(Ⅱ).理化检验2化学册

周永国、杨越冬等:河北大学自然报

第二篇：生化综述

生化综述

G-6-PD的研究进展

摘要：葡萄糖-6- 磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphatedehydrogenase, G6PD, EC1.1.1.49)，存在于所有组织和细胞中，是磷酸戊糖途径的关键酶。这一途径的主要功能是产生还原型辅酶II(reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)，NADPH不仅是体内多种物质合成的供氢体，还用于维持谷胱甘肽(GSH 的还原状态)，而GSH 对于维持红细胞膜的稳定性及人体内自由基的清除是必不可少的。因此，G6PD 缺乏时由于红细胞膜的氧化损伤，可出现药物性溶血、感染性溶血、蚕豆病、新生儿高胆红素血症及慢性非球形红细胞性溶血性贫血等表现。[1]

磷酸戊糖途径在动物、微生物和植物中都存在，在进化上已然不可或缺。G6PD又起着启动整个反应链的作用，它在细胞中的水平直接影响磷酸戊糖途径的强弱。近年来G6PD蛋白质的结构与功能、纯化方法、酶动力学、是研究的热点，特别是相关遗传病和基因突变等方面有着诸多进展。研究表明G 6 P D 基因突变引起氨基酸置换可导致酶活性降低、酶动力学性质改变及不同的临床表型; 结构分析提示这与蛋白质的底物结合域、辅酶结合域、二聚体界面和分子稳定性等多种因素有关。

1， G6PD临床上的研究

19xx年，Yoshida等人首次从正常或感染疟原虫的人红细胞中分离纯化出G6PD。[1]G6PD缺乏者对疟原虫也具有先天抵抗力，临床研究证实，G6PD 缺乏的儿童可以免遭重症恶性疟疾。缺乏者的红细胞对氧化剂特别敏感，而疟原虫的发育需利用宿主细胞内的还原型辅酶II，因此受感染的红细胞在疟原虫成熟前就有自然溶解的倾向。研究先天抵抗力的遗传因素有助于抗疟疫苗及抗疟药物的开发。[2]以往统计资料表明非洲热带、中东、东南亚包括中国南方、南美洲的部分地区、亚洲热带和亚热带地区、地中海某些地区为G6PD缺乏症高发区,其发病率在5% ～25% ,中国呈“南高北低”的趋势,主要分布在长江以南区域,以广东、广西、海南、贵州、云南、四川、台湾等地高发,人群基因携带率约为4% ～20%。[3]

红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺乏症是最常见的人类酶缺陷性遗传病,影响了世界大约4亿人,患者临床表现差异大,可从无症状到新生儿黄疸,药物、感染或食物诱发急性溶血、慢性非球形红细胞溶血性贫血和蚕豆病,严重者甚至可导致新生儿期重症核黄疸,造成死亡或永久性的神经系统损伤。据文献报告G6PD缺乏的新生儿42. 0%有黄疸的发生,广西南宁地区新生儿胆红素脑病70. 4%为G6PD缺陷所致。G6PD缺乏症的地理分布与历史上疟疾分布一致,提示这些地区G6PD缺乏症高发是疟疾的自然选择的结果。[3]

2， G6PD分离提纯方法

随着技术的改进和提高，国内外学者在G6PD 的表达、分离纯化等方面取得了一定进展。其方法主要是在G6PD 缺陷型大肠杆菌中进行蛋白质的表达，运用GST 亲和层析、His-tag 亲和层析、2’,5’-ADP Sepharose 4B 柱亲和层析、DEAE Sepharose Fast Flow离子交换层析等方法分离纯化，然后测定酶活性、动力学参数等，从而为G6PD 的酶学性质研究提供重要的科学数据。[1]

3， 测定G6PD活性的方法

目前G-6-PD 酶活力测定方法有多种,以高铁血红蛋白还原法常用,但由于高铁血红蛋白还原试验是反映完整红细胞对Hi 的还原能力,故其特异性较低,一般用作G-6-PD 缺陷的筛选试验。瓦氏呼吸器测氧压法、电位法、荧光点试验等方法操作繁琐,有些需大型仪器,测定时间长等特点,很难得到推广,临床开展较困难。[4]

(1) 酶耦联测定法。以葡萄糖-6-磷酸为底物,在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP) 存在下G-6-PD 催化底物脱氢,于波长340 nm 监测NADPH 生成速率。G-6-PD在催化6-PGA脱羧,生成核酮糖-5-磷酸的同时，使NADP 还原为NADPH。所以此法在试剂中加入了G-6-PD 抑制剂,使G-6-PD 的活性被完全抑制,从而达到测定G262PD 的活性。

(2) 紫外分光光度法。G-6-PD催化NADP反应，在340 nm 波长测定每分钟NADPH 的吸光度变化率,计算G262PD 的活性。采用紫外分光光度法测定G262PD 酶活性,也是实验室最简单、易行、准确、有效的方法。

4，G6DP结构与功能

突变与酶活性与临床表现之间的关系是一个重要研究课题，从它的结构和功能入手是一个很有效的方法。有活性的G6PD 是以二聚体或四聚体状态存在，其基因突变主要通过两种机制影响酶的活性，即影响G6PD 功能结构区的功能和G6PD 二聚体的形成。目前普遍认为，G6P 结合位点、NADP+ 结合位点及G6PD 肽链C- 末端为重要的功能区。对中国人最常见的G6PD 突变型G6PDCanton(R459L)晶体结构的分析发现，引起酶活性严重缺陷的基因突变导致的氨基酸置换大部分接近NADP+ 结合位点或二聚体界面，主要通过影响分子的稳定性而引起酶活性降低; 同时发现结合底物和辅酶的氨基酸序列也相对保守[1]。Au等[5]还提出人类G6PD 处于一种二聚体与四聚体的动态平衡状态，其稳定性有赖于NADP+ 的浓度; NADP+ 分子结构接近二聚体接触面，是构成完整的亚单位所必需的。

凡能影响到G6PD 二聚体的形成、稳定性及NADP+ 结合区、G6P 结合区的G6PD 基因突变均可对酶活性造成不同程度的影响，并引起不同的临床表现。

对G-6-DP的研究还在继续，我们可以想象，当它更多的功能被发掘出来，当人们能控制其在体内活性的时候，许多难以治愈的疾病将迎刃而解，鉴于它在生理反应中不可替代的作用，将来可能是某些生物产品的关键成分。可以说，控制了葡萄糖-6- 磷酸脱氢酶就控制了一半的磷酸戊糖途径和1/4的NADPH。

参考文献：

[1] 吕会茹等 人体葡糖-6- 磷酸脱氢酶的酶学和结构 2009

[2] 来自网络，作者不详

[3] 蔡 稔 葡萄糖262磷酸脱氢酶缺乏症的分子流行病学及诊断 2007

[4] 陈立华 紫外分光光度法测定红细胞葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性的应用 2008

[5] Au SW et al. Human glucose-6-phosphate dehydrogenase: thecrystal structure reveals a structural NADP(+) molecule andprovides insights into enzyme deficiency. Structure, 2000