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糖与糖之间在生物体内的特异性相互作用自从被Hakomori研究组发现以来,一直受到人们的重视并开展了广泛的研究。研究认为:这种新型的分子间作用与细胞黏附及信号传导密切相关,Lewisx (Lex)决定簇(Galβ1→4[Fucal→31 GIcNAcβ1→R)就是其中的一种重要的寡糖分子。Lex鞘糖脂(Lex GSLs)可在细胞膜上形成微结构域,而这些结构域之间的相互作用与细胞黏附的初始阶段有关,并且可以诱导胚胎生长和肿瘤转移。多种实验结果已证实Lex与Lex之间由钙离子介导的特异性作用,但钙离子在其中的作用及其作用机制尚未被阐明,因此,有必要建立一种新的研究模型来阐明这一现象的本质。本论文通过化学全合成方法,设计、制备了两个去氧Lex鞘糖脂,并运用计算机分子动力学模拟研究了钙离子调节糖-糖间相互作用的功能和Lex糖上不同部位的羟基对于糖-糖间相互作用的影响。
论文共五章。第一章介绍了Lex-Lex特异性相互作用的发现过程,概述了用于该研究的各种实验技术,并总结了目前在该领域的实验结果,分析了各种实验模型在研究糖与糖相互作用方面的优势和不足,从而引出本论文课题的出发点和目的。
第二章详细描述了去氧Lex鞘糖脂全合成路线的设计,并分别经46步化学反应首次合成了半乳糖基3位去氧和4位去氧的Lex鞘糖脂分子,实验表明:该合成路线具高区域、高立体选择性的特点,为Lex鞘糖脂类分子的深入研究提供了物质基础。
本论文对合成过程中发现的问题进行了具体的讨论。对氨基葡萄糖3,4位羟基在糖苷化反应中的区域选择性进行了较系统的研究:证实了乙基2,3,4-三苄氧基一卜硫一or-L-海藻毗喃糖苷可作为糖基化反应的供体,用于合成Lex三糖,从而避免了复杂的异构体分离操作,为Lewis系列糖脂的全合成提供了有效的实验方法。这两部分内容分别详细阐述于第三和第四章。
第五章是目标分子的分子动力学研究部分。描述了用于模拟细胞膜上Lex集簇之间的特异性相互作用的分子模型的建立过程。分别在带钙离子和不带钙离子的真实水溶液模型环境中进行了分子动力学模拟。对比分析了在上述实验条件下的分子模拟轨迹,获得了Lex-Lex二聚化能量数据及氢键的形成变化和钙离子在不同羟基附近的轨迹等微观信息,该研究有助于在原子水平上揭示糖与糖之间相互作用的机制。