海藻多糖的生物活性研究進(jìn)展

海藻多糖的生物活性研究進(jìn)展

海洋中的低等植物，如含綠葉和其他添加劑的低等植物，是海洋植物的主要品種。海藻多糖是海藻提取物,有著多種多樣的應(yīng)用價(jià)值,如瓊脂、卡拉膠、褐藻酸鹽等在工業(yè)上已被長期使用。海藻中多糖的含量高,多數(shù)占海藻干重的50%以上,是海洋多糖藥物開發(fā)的重要資源。多糖是構(gòu)成生物體的一類十分重要的有機(jī)化合物,是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代以后,人們發(fā)現(xiàn)多數(shù)多糖無毒,且具有許多方面的生物活性,可能成為理想的藥物來源。然而,海藻多糖作為藥物和藥物中間體的潛在功能,如海藻多糖表現(xiàn)出的抗凝血活性、抗腫瘤活性和抗病毒活性等,只是最近幾年才被認(rèn)識(shí)。海藻中利用價(jià)值較高的主要有紅藻、褐藻、綠藻三種,抗病毒活性是紅藻多糖主要的生物活性,此中研究較多的是其抗HIV病毒的功效,抗凝血活性也是紅藻多糖一個(gè)顯著的生物活性,研究發(fā)現(xiàn)含有2_硫酸化的3_位連接的α_L_半乳糖鏈結(jié)構(gòu)的多糖有很好的抗凝血活性,此外紅藻多糖還有抗腫瘤活性。褐藻多糖的生物活性主要有抗凝血活性,其抗凝血功效大小隨著總糖和巖藻糖含量的增高而增高,褐藻多糖還有抗血栓、抗腫瘤、抗病毒、避孕等生物活性。綠藻多糖普遍有抗凝血活性。海藻多糖的生物活性與其含有的單糖類型、組成結(jié)構(gòu)及硫酸化程度相關(guān),本文旨在對(duì)海藻多糖的組成及其結(jié)構(gòu)的光譜分析研究作一概述。1甲基化化合物的合成多糖組成測定的主要方法有:水解法(將多糖鏈通過完全水解分解為各個(gè)單糖,是分析多糖鏈組成成分的主要手段。水解法包括完全酸水解、部分酸水解、乙酰解和甲醇解等)、甲基化反應(yīng)(將多糖的各種單糖單元中的游離羥基全部甲基化,進(jìn)而將甲基化多糖水解,水解后得到的化合物,其羥基所在的位置即為原來單糖單元的聯(lián)結(jié)點(diǎn)。根據(jù)不同甲基化單糖的比例,可以推測不同聯(lián)結(jié)鍵型單糖在多糖重復(fù)結(jié)構(gòu)中的比例),以下對(duì)紅藻多糖、褐藻多糖、綠藻多糖中主要組成單糖的類型和含量進(jìn)行簡述。1.1紅藻多糖組成與結(jié)構(gòu)紅藻多糖的組成單糖中,普遍含有半乳糖,生長于不同地域的紅藻,其多糖中半乳糖含量各有不同。位于南太平洋海域的紅藻,其多糖中半乳糖的含量由南向北有減少的趨勢,如南極洲紅藻georgiellaconfluens,其多糖含47.0%(每摩爾重復(fù)單元中含有單糖的摩爾百分?jǐn)?shù),以下同)的半乳糖,而北面的新西蘭紅藻apophloealyallii的多糖含28.9%半乳糖,位于新西蘭北面的澳大利亞紅藻clavicloniumovatum,其多糖中半乳糖含量只有14.0%。南美洲海域的紅藻,如巴西太平洋海域紅藻石花菜、智利紅藻sarcothliacrispate和gigartinaskottsbergii、大西洋熱帶紅藻bostrychiamontagnei,其多糖中半乳糖含量達(dá)40%以上。紅藻多糖還含有半乳糖衍生物,如3,6_內(nèi)醚半乳糖和甲基半乳糖。南美洲大西洋海域的紅藻普遍含有3,6_內(nèi)醚半乳糖,其含量從9.0%~50.0%不等。紅藻多糖所含的甲基半乳糖主要是6_O_甲基半乳糖、2_O_甲基半乳糖和4_O_甲基半乳糖。如巴西大西洋海域紅藻石花菜其多糖含8.5%的6_O_甲基半乳糖;大西洋熱帶紅藻bostrychiamontagnei,其多糖中也含少量甲基半乳糖。南太平洋海域新西蘭紅藻apophloealyallii,其多糖中含27.1%的2_O_甲基半乳糖和5.5%的3_O_甲基半乳糖;澳大利亞紅藻clavicloniumovatum,其多糖中含44%的6_O_甲基半乳糖。此外,有的紅藻多糖還含有少量葡萄糖和木糖等,含量一般在5.0%以內(nèi),但新西蘭紅藻apophloealyallii,其多糖中木糖含量達(dá)34%。關(guān)于中國海域的紅藻多糖組成與結(jié)構(gòu)近年來報(bào)道較少,已報(bào)道的中國廣東壇紫菜多糖主要組成單糖是半乳糖,另外還有3,6_內(nèi)醚半乳糖、甘露糖、葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。紅藻多糖是海藻硫酸化多糖的主要來源,其多糖硫酸化程度(每摩爾重復(fù)單元中含有硫酸基的摩爾百分?jǐn)?shù),以下同)從5%~40%不等,其中南太平洋海域的紅藻多糖硫酸化程度達(dá)10%以上,而南美洲大西洋海域的紅藻多糖硫酸化程度可達(dá)30%。硫酸化的位置主要是在α_L_半乳糖的C3和β_D_半乳糖的C2、C4、C6位,但也有例外,如新西蘭紅藻apophloealyallii多糖不含硫酸基。1.2褐藻多糖的營養(yǎng)成分褐藻多糖普遍含巖藻聚糖,巖藻聚糖的主要組成單糖是α_L_巖藻糖(即6_脫氧-α_L_半乳糖),其中亞洲東部海域的多種褐藻都含有α_L_巖藻糖,并且大多數(shù)含量較高。如千島群島太平洋海域的褐藻fucusevansecens,其多糖含38.6%的α_L_巖藻糖;遠(yuǎn)東海域的幾種褐藻,其多糖也含50%以上的α_L_巖藻糖;中國浙江洞頭羊棲菜多糖中α_L_巖藻糖的含量也達(dá)29.6%。日本海域中α_L_巖藻糖含量稍低,因?yàn)槠涠嗵浅藥r藻聚糖之外,還有褐藻酸鹽,其含量與巖藻聚糖相當(dāng)。山東榮城鴻洋神集團(tuán)提供的海帶多糖含有巖藻糖、木糖、甘露糖及硫酸基,其中巖藻糖膠主要成分是巖藻多糖,是α_L_巖藻糖_4_硫酸酯的多聚物。此外,褐藻多糖還含有褐藻酸鹽,如日本海域褐藻chordafilum,其多糖含16%的褐藻酸鹽。褐藻多糖的硫酸化程度較高,可達(dá)50%以上,其硫酸基一般位于C2、C4上,硫酸基位置分布隨褐藻的不同而有差別。1.3多糖含糖糖的種類綠藻多糖普遍含有樹膠醛糖、半乳糖和鼠李糖,亞洲海域綠藻中普遍含有樹膠醛糖和半乳糖,如日本富士chlorophyta綠藻中codiales類綠藻多糖主要含樹膠醛糖,還有少量葡萄糖、木糖;caulerpales綠藻多糖則主要含半乳糖,還有少量木糖、甘露糖;印度西海岸綠藻codiumdwarkense含59.92%樹膠醛糖和40.08%半乳糖。分別產(chǎn)于法國和日本的綠藻石莼,其多糖主要含鼠李糖,其中法國石莼多糖含23.8%~26.3%鼠李糖、18.4%~22.6%糖醛酸、10.2%~12.3%木糖,日本石莼多糖還含有少量木糖、葡萄糖、葡糖醛酸。有關(guān)綠藻多糖結(jié)構(gòu)的報(bào)道近年來較少。2光譜分析海水消費(fèi)結(jié)構(gòu)2.1內(nèi)醚半乳糖多糖特征大多數(shù)海藻多糖的FT-IR光譜在1260~1210cm-1處有較強(qiáng)的吸收峰,如澳大利亞clavicloniumovatum紅藻多糖在1230~1240cm-1處有吸收峰;大西洋熱帶紅藻bostrychiamontagei在1230~1260cm-1處有吸收峰;日本千島群島fucusevansecens和遠(yuǎn)東海域幾種褐藻多糖都在1240cm-1處有吸收峰;ascophyllamnodosum褐藻在1240~1255cm-1處有吸收峰;印度西海岸綠藻codiumdwarkense在1229cm-1處有吸收峰,這是由SO的伸縮振動(dòng)引起的,表明多糖中有硫酸基。隨硫酸基取代位置的不同,在多糖特征吸收域800~950cm-1內(nèi),FT-IR的吸收位置也有所不同,如ascophyllamnodosum褐藻在C4上有硫酸基,相應(yīng)在840cm-1處有吸收峰。日本千島群島fucusevansecens多糖在C2上有硫酸基,相應(yīng)在824cm-1處有吸收峰;大西洋巴西海域石花菜多糖在C2上有硫酸基,相應(yīng)在820~830cm-1處有吸收峰。在紅藻多糖中,常見在935~925cm-1處有吸收峰,如大西洋熱帶紅藻bostrychiamontagnei多糖在933cm-1處有吸收峰,澳大利亞clavicloniumovatum紅藻多糖在935cm-1處有吸收峰,這是3,6_內(nèi)醚半乳糖中C—O—C的振動(dòng)吸收峰。當(dāng)3,6_內(nèi)醚半乳糖的C2上有硫酸基時(shí),則在805~810cm-1處又有吸收峰,如澳大利亞clavicloniumovatum紅藻多糖在810cm-1處有吸收峰。另外,日本千島群島fucusevansecens多糖在1720cm-1處有吸收峰,這是O_乙?；奈辗?表明多糖中含有O_乙?；?。利用紅外光譜,主要可以鑒定多糖中是否含有硫酸基(1260~1210cm-1)及硫酸基的取代位置(800~950cm-1);識(shí)別內(nèi)醚半乳糖中的特征鍵構(gòu)型(935~925cm-1);識(shí)別巖藻糖中是否含有O_乙?；?1720cm-1)。在分析多糖結(jié)構(gòu)方面起著不可忽視的作用。2.21化學(xué)位移比3-5紅藻多糖和褐藻多糖的13CNMR的化學(xué)位移分別如表3和表4所示,從表中可以看出,多糖各組成單糖的C1~C6的13CNMR化學(xué)位移都有一個(gè)范圍?？偟膩碚f,(1→3)G(C1和C3上有糖苷連接的β_D_半乳糖)的C1、C2、C5、C6的13CNMR的化學(xué)位移比(1→4)LG(C1和C4上有糖苷連接的α_L_半乳糖)的稍向低場位移。但(1→3)G的C3的化學(xué)位移比(1→4)LG的C3向低場位移δ10左右,(1→4)LG的C4的化學(xué)位移比(1→3)G的向低場位移δ10左右。當(dāng)(1→3)G的C4、C6上有—OMe時(shí),其13CNMR向低場位移δ10以上,當(dāng)其C4、C6上有—OSO-3取代時(shí),13CNMR向低場位移δ5左右。當(dāng)(1→4)LG的C2上有—OMe時(shí),其13CNMR向低場位移δ10左右,當(dāng)其C2、C3、C6上有—OSO-3時(shí),13CNMR向低場位移δ7左右。(1→4)AG的C2、C5的13CNMR的化學(xué)位移與(1→3)G上C2、C5的差不多,而C1稍低,其C3比(1→4)LG中無糖苷連接的C3的13CNMR向低場位移δ10,其C4的13CNMR的化學(xué)位移比(1→3)G中無糖苷連接的C4向低場位移δ10左右,其C6的13CNMR的化學(xué)位移比(1→3)G上C6向低場位移δ10左右。對(duì)于Fus(巖藻糖),(1→3)Fus的C3的13CNMR的化學(xué)位移比Fus的C3向低場位移δ3~6,當(dāng)其C2上有—OSO-3時(shí),其13CNMR向低場位移δ5左右。(1→4)Fus的C4的13CNMR的化學(xué)位移比Fus的C4向低場位移δ10以上,當(dāng)其C2上有—OSO-3時(shí),其13CNMR向低場位移δ5以上?？梢姰?dāng)單糖中的C上有糖苷連接時(shí),其13CNMR的化學(xué)位移比相應(yīng)的沒有糖苷連接的C向低場位移δ10左右。應(yīng)用13CNMR可以鑒別多糖中的糖苷鍵位置(有糖苷連接的位置其13CNMR向低場位移δ10左右);確認(rèn)多糖中是否有甲氧基取代及其取代的位置(有甲氧基的位置其13CNMR向低場位移δ10左右);進(jìn)一步確認(rèn)硫酸基的取代位置(有硫酸基的位置其13CNMR向低場位移δ5左右)。13CNMR是研究多糖結(jié)構(gòu)的一種重要方法。根據(jù)13CNMR光譜的化學(xué)位移數(shù)據(jù)(同時(shí)結(jié)合其它分析手段,如FT-IR、1HNMR、二維譜等),可以初步推測到多糖的結(jié)構(gòu)。如澳大利亞紅藻clavicloniumovatum多糖的FT-IR在1230~1240cm-1處有吸收峰,表明含有—OSO-3;在935cm-1處有吸收峰,表明含有3,6_內(nèi)醚半乳糖;在855cm-1處有吸收峰,表明C4上有—OSO-3;在810處有吸收峰,表明C2上有—OSO-3。在13CNMR中,其C1~C6有兩組化學(xué)位移值:(1)δ102.5、69.4、76.9、72.6、73.2、71.9,其C1、C2、C3、C5與表中(1→3)G(C1和C3上有糖苷連接的β_D_半乳糖)的相符,而其C2、C6比(1→3)G的分別向低場位移δ5和δ10左右,表明其結(jié)構(gòu)為(1→3)G2S6M(C1和C3上有糖苷連接的6_O_甲基_2_硫酸化β_D_半乳糖)。(2)δ92.1、75.1、78.1、78.6、77.2、69.9,其C2比(1→4)AG(C1和C4上有糖苷連接的3,6_內(nèi)醚β_D_半乳糖)的C2向低場位移δ5左右,其余的C與(1→4)AG的相符(C1略向高場位移,可能受C2上取代基的影響),表明C2上有—OSO-3,由此,澳大利亞紅藻clavicloniumovatum多糖的主要結(jié)構(gòu)是→3)G4S6M(1→4)AG2S(1→,即β_D_半乳糖(C4上有—OSO-3,C6上有—OMe)的C1與3,6_內(nèi)醚半乳糖(C2上有—OSO-3)的C4以糖苷鍵連接,3,6_內(nèi)醚半乳糖的C1與β_D_半乳糖的C3以糖苷鍵連接,如此循環(huán)反復(fù)的線形鏈結(jié)構(gòu)。同理,大西洋巴西海域石花菜其多糖主鏈的重復(fù)單元為→3)G(1→4)LG6S(1→,即β_D_半乳糖(C1和C3上有糖苷連接),其C3與α_L_半乳糖(C1和C4上有糖苷連接)的C1連接,α_L_半乳糖的C6上有硫酸基團(tuán)(—SO-3)。新西蘭紅藻apophloealyallii,其多糖主鏈的重復(fù)單元為→4)G2M(1→4)AG(1→3)Xyl(1→。智利兩種紅藻其多糖是κ、ι、μ、ν角叉菜膠,各主鏈的重復(fù)單元分別是κ:→3)G4S(1→4)AG(1→,ι:→3)G4S(1→4)AG2S(1→,μ:→3)G4S(1→4)G6S(1→,ν:→3)G4S(1→4)G2S6S(1→。大西洋熱帶紅藻多糖的主要結(jié)構(gòu)是→4)ALG2M(1→3)G6M(1→4)LG3S(1→3)G6M(1→,由此,紅藻多糖結(jié)構(gòu)一般是重復(fù)單位為(1→3)β_D_半乳糖(即C1和C3上有糖苷連接的β_D_半乳糖)或其衍生物、(1→4)α_L_半乳糖(即C1和C4上有糖苷連接的α_L_半乳糖)或其衍生物、(1→4)3,6-內(nèi)醚半乳糖(即C1和C4上有糖苷連接的3,6-內(nèi)醚半乳糖)或其衍生物組成的線形鏈。褐藻方面,千島群島fucusevansecens褐藻多糖的主要結(jié)構(gòu)是重復(fù)單位為→3)Fus2S(1→4)Fus2S(1→的線形鏈結(jié)構(gòu),即C1和C3上有糖苷聯(lián)結(jié)的α_L_巖藻糖(其C2上有硫酸基)的C1,與α_L_巖藻糖(其C2上有硫酸基)的C4連接,如此循環(huán)反復(fù)。ascophyllamnodosum褐藻多糖和遠(yuǎn)東海域幾種褐藻多糖的結(jié)構(gòu)都由多數(shù)(1→3)Fus和少量(1→4)Fus構(gòu)成。由此,褐藻多糖一般的結(jié)構(gòu)是重復(fù)單位為(1→3)α_L_巖藻糖或其衍生物和(1→4)α_L_巖藻糖或其衍生物組成的線形鏈。2.31c與h的化學(xué)位移關(guān)系有少量研究還用到了1HNMR或二維譜對(duì)多糖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,當(dāng)多糖組成單糖的C3或C4上有糖苷連接時(shí),其碳上氫的1HNMR的化學(xué)位移比無糖苷連接的的化學(xué)位移向高場位移δ0.1左右,如(1→3)Fus單元上有糖苷連接的C3上氫的1HNMR的化學(xué)位移為δ3.94,比(1→4)Fus單元上無糖苷連接的C3上氫的δ4.06向高場位移δ0.12。無糖苷連接的C4上氫的1HNMR的化學(xué)位移(δ4.03)比(1→4)Fus單元上有糖苷連接的C4上氫的δ3.90向低場位移了δ0.13。當(dāng)多糖有硫酸基取代時(shí),取代位置碳上氫的1HNMR的化學(xué)位移比相應(yīng)無取代位置氫的向低場位移δ0.6左右。如(1→3)Fus2S和(1→4)Fus2S的C2上氫的1HNMR的化學(xué)位移分別為δ4.58和δ4.50,比相應(yīng)無取代糖單元的C2上氫的1HNMR(δ3.91和δ3.89)分別向低場位移了δ0.67和δ0.61。當(dāng)多糖中羥基上的氫被甲基取代時(shí),原羥基所在碳上氫的1HNMR的化學(xué)位移比相應(yīng)無甲基取代位置碳上氫的要向高場位移δ0.5左右。如(1→3)G4S6M上C6上氫的1HNMR的