葡萄糖醛酸寡糖和N-乙酰己糖胺寡糖酶法合成的研究

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自然界中存在大量的寡糖类化合物,不同的寡糖种类和来源决定了它们特有的生物学活性。以糖醛酸和N-乙酰己糖胺为主要组成单位的糖胺聚糖(GAGs)具有细胞识别、抗凝血、抑制血管平滑肌细胞增生、抗炎、抗肿瘤等重要的生物学功能,因此成为糖生物学研究的热点。利用p-葡萄糖醛酸酶以及p-D-半乳糖苷酶的转糖基活性可以合成与糖胺聚糖中的寡糖链结构相似的醛酸寡糖及N-乙酰胺基寡糖,它们的合成对于进一步研究糖胺聚糖的生物学活性与结构具有重要的意义。本文对利用来源于牛肝的β-葡萄糖醛酸酶和来源于B. circulans的β-D-半乳糖苷酶合成寡糖、各种寡糖产物的分离、纯化和结构鉴定以及酶法合成的条件优化进行了系统地研究。第一、使用来源于牛肝的p-葡萄糖醛酸酶作为催化剂,以pNP-β-D-葡萄糖醛酸(pNP-β-D-GlcA为供体,分别以pNP-β-D-葡萄糖醛酸苷、pNP-α-D-葡萄糖苷(pNP-α-D-Glc)以及pNP-α-D半乳糖苷(pNP-α-D-Gal)作为受体,进行酶法合成。经HPLC法检测转糖基反应产物,结果表明,牛肝p-葡萄糖醛酸酶能有效的催化葡萄糖醛酸二糖的合成。然后通过AKTA层析仪与Zorbax SB-C18半制备柱的配合使用对酶法合成的葡萄糖醛酸寡糖产物进行了分离纯化,获得4种寡糖纯品。最后利用ESI-TOF-MS、1H-NMR,13C-NMR等分析手段对产物纯品进行结构鉴定。发现来源于牛肝的β-葡萄糖醛酸酶催化转糖基反应时,以pNP-β-D-葡萄糖醛酸为底物的自缩合反应产物和以pNP-α-D-葡萄糖苷为受体的酶反应产物主要以β-(1→3)糖苷键的形式存在,产物结构式分别为:p-NP β-D-GlcA-(1→3)-β-D-GlcA和p-NP α-D-GlcA pNP-α-D-而以p-NP α-D-GlcA-(1→2)-β-D-Gal半乳糖苷为受体的转糖基反应中同时存在β-(1→2)和β-(1→4)两种形式的产物,结构式分别为:p-NP和α-D-GlcA-(1→4)-β-D-GaL。 p-NP α-D-GlcA-(1→3)-β-D-GaL(第二、对牛肝p-葡萄糖醛酸酶酶转糖基反应的反应温度、pH、底物浓度、供受和酶浓度等条件进行研究,确定了合成各种葡萄糖醛酸寡糖的最佳条件。结果表明,反应温度、pH、底物浓度以及供受体比为反应的主要影响因素,而酶浓度次要影响因素。各物质合成的最优条件为:(1)pNP-β-D-GlcA产物2):13%的pNP-α-D-Glc和pNP-α-D-Glc作为底物,pH=6.0,反应温度为35℃,pNP-β-D-GlcA和口pNP-α-D-Glc的摩尔比率为3:1,酶浓度为13U/μL,此时产物产率为28.8%。(2)p-NP α-D-G1cA-(1→2)-β-D-Gal(产物3)以及p-NP α-D-G1cA-(1→4)-β-D-Gal(产物4):15%的pNP-β-D-GlcA和和pNP-α-D-Gal作为底物,pH=6.0,反应温度为35℃,pNP-β-D-GlcA和pNP-α-D-Gal的摩尔比率为2:1,酶浓度为12U/μL,此时产物3和4的产率分别为35.4%和31.7%。第三、使用来源于B. circulans中的β-D-半乳糖苷酶作为催化剂,以乳糖为供体,分别以pNP-β-D-氮乙酰葡萄糖胺(pNP-β-D-GlcNAc)、pNP-β-D-氮乙酰半乳糖胺(pNP-β-D-GalNAc)作为受体,进行酶法合成。经HPLC法检测转糖基反应产物,结果表明,来源于B. circulans的β-D-半乳糖苷酶能有效的催化N-乙酰己糖胺寡糖的合成。通过中压层析与Toyoperal HW-40S柱的配合使用对酶法合成的产物进行分离纯化,获得7种N-乙酰己糖胺寡糖纯品,各物质通过ESI-TOF-MS、1H-NMR、13C-NMR等分析手段进行结构分析,发现产物主要以β-(1→4)糖苷键的形式存在,还有少量以β-(1→6)糖苷键的形式存在,产物的聚合度为2至4。以乳糖为供体,pNP-β-D-GlcNAc为受体的酶反应得到了产物5、6、7和8,其结构式分别为:p-NP β-D-Gal-(1→4)-β-D-GlcNAc, p-NP β-D-Gal-(1→6)-β-D-GlcNAc, p-NP β-D-Gal-(1→4)-β-D-Gal-(1→4)-β-D-GlcNAc以及p-NP β-D-Gal-(1→4)-β-D-Gal-(1→4)-β-D-Gal-(1→4)-β-D-GlcNAc;以乳糖为供体,pNP-β-D-GalNAc为受体的酶反应得到了三种产物9、10和11,结构式分别为:p-NP β-D-Gal-(1→4)-β-D-GalNAc,p-NP β-D-Gal-(1→6)-β-D-GalNAc以及p-NP β-D-Gal-(1→4)-β-D-Gal-(1→4)-β-D-GalNAc。
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