三螺旋香菇β-(1→3)-D-葡聚糖(lentinan)表现高度特异性免疫增强作用,能活化巨噬细胞,增强细胞杀伤性,并能激活机体带癌状态下的低免疫功能。多糖的生物活性与它在生物体内特殊的空间伸展状态和独特的分子识别能力有关。然而,至今仍不清楚香菇葡聚糖在溶液中不同条件下的分子链构象转变和氢键作用。本论文主要从香菇中提取和纯化得到三螺旋链香菇葡聚糖,采用高分子物理理论和表征方法研究它在不同浓度区间的分子尺寸和形态,以及分子间相互作用及导致的链构象变化。本工作涉及高分子物理与生物化学交叉学科领域,也是国际前沿研究领域之一。本论文的主要创新包括以下几点：(1)用高分子物理方法首次证实短的三螺旋链彼此紧密平行排列形成有序的“柴火棒状”团簇；(2)首次证明lentinan水溶液可发生溶液-凝胶转变行为,并提出其凝胶化机理为：高度缠结的Lentinan三螺旋链形成连续的网络,导致凝胶化,但不存在交联点和明显的聚集体,因此它是不具有流动性的浓溶液；(3)首次发现,在7-9℃区间内,lentinan水溶液粘度随温度出现反常变化,归因于三螺旋侧链的有序—无序变化；(4)证实lentinan与聚核苷酸形成由氢键力驱动的新的三螺旋复合物,而且复合物中聚核苷酸的热稳定性明显增强。本论文主要研究内容和结论概括如下。采用改进的碱液浸提法从香菇子实体中成功提取出水溶性的β-(1→3)-D-葡聚糖,命名为lentinan。该法具有高纯度、高产率、低成本、零污染等诸多优点。利用动态激光光散射仪(DLS)成功地分析lentinan水溶液中单条三螺旋和聚集体对应的双模式峰,并将LLS和DLS结果相结合,弄清单条的三螺旋链和它所形成的物理聚集体的分子参数。运用“快”和“慢”模型成功地描述了稀溶液中lentinan三螺旋链的短链构象,指出其中占主要成分的三螺旋链与少量聚集体共存于水溶液体系中。DLS和原子力显微镜(AFM)结果揭示短的三螺旋链彼此紧密平行排列形成有序的“柴火棒状”团簇。同时证明,只有低分子量的棒状链才能在较强相互作用和最小的空间位阻下形成有序排列的聚集体。运用流变仪证实lentinan水溶液在25℃时发生溶液—凝胶转变。依据Winter-Chambon提出的凝胶化转变附近频率与损耗模量tanδ无依赖关系的理论确定了该体系的凝胶点cgel。同时发现,Winter-Chambon确定凝胶点的方法可适用于本体系。Lentinan具有大量羟基而容易聚集,而且三螺旋的构象使其分子链具有很高的刚性。因此,lentinan不同于大多数合成高分子和其它柔顺链多糖,具有较低的cgel,且随着分子量的增加,cgel显著降低。流变测量结果指出该溶液的损耗模量(G”)和储能模量(G’)与频率的依赖关系服从标度定律(G’～ωn),且标度指数n显著依赖于多糖浓度及分子量。Lentinan水溶液在低频时即表现出剪切变稀行为,归因于其刚性的分子链在剪切应力作用下的取向。与非凝胶多糖xanthan和schizophyllan相比,Lentinan水溶液在更低浓度时就形成凝胶。运用流变仪成功地确定了lentinan水溶液冷致弹性凝胶的形成,以及不同恒定温度下G’,G”和tanδ的变化规律。温度降低时lentinan试样均形成弱凝胶,升温即溶解,且lentinan水体系溶液/凝胶转变是热可逆的。依据tanδ与温度的依赖关系用Winter-Chambon方法准确确定体系的临界凝胶化转变温度Tgel,并证明该法有效。同时发现,Tgel随着分子量或聚合物浓度减小而降低。凝胶点时的标度指数n值随聚合物浓度增大而减小,但是与分子量没有依赖关系。Lentinan水体系凝胶机理可推测如下：高度缠结的Lentinan三螺旋链形成连续的网络,导致凝胶性质化,但不存在交联点和明显的聚集体,因此它是非流动性的浓溶液。流变实验证明,25℃时lentinan在稀溶液中为典型的牛顿流体,而在半稀溶液区间呈现剪切变稀行为。零切粘度的浓度和分子量依赖关系证明lentinan表现出棒状高分子各相同性溶液的特征,但是不能用棒状高分子的管道模型描绘,这归因于lentinan具有较高的分子量。随着溶液浓度增加,弱凝胶形成,并且可以观察到凝胶结构中由很长的多糖链形成缠结网络结构。储能模量(G’)的反常变化以及复合黏数η*在7-9℃出现极大值,说明lentinan凝胶相中形成了更刚性的结构。Lentinan侧链的葡萄糖残基与主链周围的水分子通过由于氢键作用形成了更刚性结构,即发生了从无序到有序的分子内构象转变。首次发现,侧链的葡萄糖残基在高于9℃时相对自由,而当温度低于9℃时,氢键形成,导致链刚性和直径增加,并且更加固定。另外,这种有序—无序的分子内构象转变具有溶剂依赖性。利用差示扫描微量热法成功地表征了溶剂种类和分子量对有序-无序转变的影响。Lentinan可以从有序的三螺旋Ⅰ型转变到相对无序的三螺旋Ⅱ型的构象。结果表明这种链构象的低温转变明显依赖于溶剂种类,同时转变温度的高低直接取决于溶剂本身的热力学性质。低温转变在未达到临界浓度之前无浓度依赖性,分子量对转变温度的影响较小。Lentinan级试样发生有序—无序构象转变的协同单元分子量约为13×104,该值与溶剂种类几乎无关。试样分子量越小,协同单元分子量越大,但是与其它氢键诱导的构象转变相比,低温转变协同性较差。激光光散射测定结果证明lentinan在侧链相对固定时,分子链形成更加伸展的刚性棒状链构象。基于实验结果,提出一个涉及不同分子尺寸的链构象变化模型来描述lentinan有序—无序构象转变。直观地解释了lentinan发生从有序的三螺旋Ⅰ型到相对无序的三螺旋Ⅱ型的构象转变时,协同单元分子量与溶剂种类和分子链尺寸无关。利用圆二色谱和紫外光谱成功地表征了香菇三螺旋链多糖lentinan与聚核苷酸poly(A)及poly(C)在Vw=0.936的DMSO/水混合溶剂的相互作用。实验结果证明lentinan与聚核苷酸形成由氢键力驱动的复合物,而且复合物中聚核苷酸的热稳定性明显增强。同时,动态光散射测量结果示出lentinan与poly(C)形成复合物的动态过程,表明poly(C)能迅速参与lentinan的复性过程,并与lentinan形成较稳定的新的三螺旋复合物。由此本工作为弄清多糖参与生命活动的形式和功能提供了重要科学依据。通过上述基础研究结果确定了lentinan在不同浓度区间的动力学及热力学性质以及分子间相互作用及诱导的链构象变化。本工作完善了用高分子物理理论确立生物大分子的尺寸、形状及其链构象转变的方法,并且对它们在生命过程中的作用提供了有价值的科学数据,具有重要学术意义和应用前景。同时,也为香菇多糖进一步开发为保健品和天然药物提供大量有价值的科学数据,具有应用前景。