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本文共分两部分,讨论了多糖的化学结构分析和一种单糖的BZ振荡反应机理研究。
本文的第一部分是关于两种海洋生物多糖的结构分析。在这一部分的前言中对多糖的生物学意义及结构研究方法作了综述。糖类的研究是生命大分子科学最后一个重大前沿领域。多糖在生物体内重要的生物功能和良好的生物活性,及其在生命科学和医药中的巨大作用,使多糖的研究成为具有吸引力的研究领域。海洋生物的生活环境与陆地生物迥异,研究海洋生物多糖有其特殊意义。
在第2章我们报道了在海洋软体动物翡翠贻贝中提取得到的一种新的多糖Q1,并对其结构、性质和药理活性进行了详细深入的讨论。在治疗苯中毒的研究中,翡翠贻贝多糖Q1表现出较好的药理活性,主要有:1可以明显的增加苯中毒大鼠白细胞(P<0.01)数量,并且其升白作用存在剂量—效应关系。2显著的增加脾重量,提高脾指数,说明Q1可增强苯中毒大鼠的免疫功能。3显著降低丙氨酸氨基转移酶(ALT)值,提示Q1具有一定的肝功能保护作用。4对苯中毒大鼠异常升高的BUN有显著的降低作用,提示其对苯中毒大鼠肾功能有一定的保护作用。
经过酶解、脱蛋白、DEAE离子色谱和凝胶色谱等现代分离手段,从翡翠贻贝的内脏中分离纯化出多糖Q1。Q1为白色吸潮粉末,易溶于水。比旋光度[α]D20=16.8°(C=0.002H2O)分子量是1.2X104,总糖含量89.9%。Q1经完全酸水解,糖氰乙酸酯桁生化,气相色谱分析确定单糖组成为:鼠李糖2.83%岩藻糖1.65%甘露糖0.79%葡萄糖93.6%半乳糖1.13%。元素分析和离子色谱的结果证实Q1中含有硫酸根,但含量很低。Q1的甲基化结果表明:Q1中有1-4和1-6两种连接方式。从高分辨核磁共振谱(500MHz)的研究,在1HNMR和13CNMR谱的异头氢(碳)区中,都有比例约为2:1的吸收峰。从而确定Q1的重复单元含有三种单糖。又根据这些峰的化学位移推断出单糖的构型均为α-构型。根据这些结果,可以推断出Q1的结构为一个含有少量硫酸取代的以1-6连接为主链的带有1-4连接侧链的葡聚糖,重复单元结构为:
→-a-D-Glu(1→6)-a-D-GIu(1→↑a-D-Glu(1→4)在第3章中我们研究了一种新的鲍鱼多糖B1,粘度法测定分子量为1.4X104。元素分析结果,B1的硫酸根含量是Q1的4倍。完全酸水解后,糖氰乙酸酯衍生化GC-MS分析得出B1的单糖组成为:半乳糖88.34%葡萄糖10.46%甘露糖1.2%。长期以来,多糖的研究方法进展缓慢。对多糖的结构缺少有效的破解途径,尤其结构复杂的多糖更是如此。我们用乙酰解的方法对鲍鱼多糖B1进行了研究。乙酰解后硅胶柱层析分离得到两部分,Ac1和Ac2,用核磁共振谱分析得Ac1是一个α-构型的五乙酰化半乳糖。Ac2的核磁共振谱与Ac1的非常相似,但各个峰都很宽。用串联质谱分析,得到Ac2是一个全乙酰化寡糖的混合物。通过分析可以找到各个质谱峰对应的寡糖。从我们的研究可以看出乙酰解不仅可以得到全乙酰化的单糖还可以得到一定的全乙酰化寡糖。这对多糖的结构研究具有启发意义。
为了进一步研究糖类化合物与生物体的关系,本论文的第二部分讨论了1,6二磷酸果糖的BZ振荡反应。在这一部分的前言中,介绍了两种主要的生物化学振荡:糖酵解振荡和过氧化物酶振荡。全面的综述了半个多世纪以来人们对这两个振荡反应的实验现象和反应机理的研究和探索。此外,还详细的综述了研究得最透彻的化学振荡反应—BZ振荡反应。总结了BZ反应研究过程中提出的几个主要反应机理。详细探讨了有机自由基控制机理的作用过程。
1,6二磷酸果糖(FDP)在生物体内是糖酵解过程的重要中间产物。糖酵解中存在的振荡现象,是迄今为止研究得最透彻的生物振荡反应。而同时BZ振荡反应是现在研究得最透彻的化学振荡反应。我们首次将FDP作为有机底物应用在BZ反应中。研究了各种影啊因素对BZ反应的影响的数量关系,并且推导了基本的反应机理。比较这两种振荡反应我们可以看出,尽管反应体系有很大不同,但在周期上他们是有相近之处的,BZ反应的周期为33s-41s、糖酵解中为37s。这或许蕴含着非生命过程和生命过程的一些共通之处。虽然FDP在糖酵解中比BZ反应中要经历更复杂的变化,但结果是一样的,最终都被氧化分解放出能量。在BZ反应中,Ce(Ⅳ)扮演着酶的角色,但显然效率不高,因此需要高的硫酸浓度帮助分解FDP。在本论文中对两种振荡反应的关系的探讨还是很初步的,但我们相信这是一个好的开始,对糖酵解振荡和BZ振荡反应的研究会有一定的启发作用。
为了给FDP的BZ反应积累数据,同时也为研究Ce(Ⅳ)对有机物的氧化作用,在第6章里我们研究了Ce(Ⅳ)氧化FDP的反应。关于这个反应的研究还未见报道。我们用经典的滴定的方法,测定了反应中速率常数的变化规律,并且推导出反应机理和动力学方程:
反应机理:Ce(SO4)2+FDP()K1CFCFk2→Ce(Ⅲ)(SO4)2+F·F·+Ce(Ⅳ)→k3P+Ce(Ⅲ)动力学方程:dCe(Ⅳ)=k2[CF]=k2K1[Ce(SO4)2][FDP]=k2K1/1+Q3[HSO4-][Ce(Ⅳ)[FDP]Mn是生物体内较常见的金属离子,对它的氧化研究一直较多。但还没有关于Mn(Ⅲ)氧化FDP的报道。在第8章中我们用停流反应器联用紫外光谱仪的方法,详细研究了Mn(Ⅲ)氧化FDP的反应。得出了各种反应物对反应速度的影响。推导出反应机理和动力学方程如下:
反应机理:Mn3++H2O()K1MnOH2++H+Mn3++S()K2[Mn-S]3+MnOH2++SK3[MnOH-S]2+[Mn-S]3+→k4()S·+Mn2++H+[MnOH-S]2+→k5()S·+Mn2++H2OS·+Mn3+(orMnOH2+)→Products+Mn2+动力学方程:-d[Mn(Ⅲ)]/dt=Kaka[Mn(Ⅲ)][FDP]在第7章中还同时研究了Mn(Ⅲ)氧化果糖的反应。反应机理和FDP是相同的,但因为不同的反应特点得到了如下动力学方程式:-d[Mn(Ⅲ)]/dt=k4K2[Fuc][Mn(Ⅲ)]/(1+K1/[H+])