3.2 多糖的一级结构研究方法
多糖一级结构研究方法有多种,但目前没有一种较为成熟的测定技术可以分析糖链的复杂结构,须将各种方法结合起来研究多糖的结构。其一级结构的研究方法主要有化学分析法(如多糖水解、单糖组成PMP衍生化分析、糖醛酸还原、甲基化分析、高碘酸氧化和Smith降解等)、光谱分析法(如GC,GC-MS,IR,UV,NMR,MS等)以及生物学法等。
3.2.1 化学分析法
3.2.1.1 水解法
水解法是分析多糖组成成分的主要手段之一,目的是通过水解将多糖链分解为寡糖或者单糖片段。屈静等研究低分子量黄芪多糖的结构,选用0.1mol·L-1 三氟乙酸水解,2h后上清液透析24h后,将袋内和袋外溶液浓缩后与沉淀部分分别用于气相色谱分析,结果表明低分子量黄芪多糖是由Glc、Gal、Xyl、Ara和GalA组成,且这5种单糖靠近低分子量黄芪多糖的主链核心区结构[11]。
3.2.1.2 高碘酸氧化和Smith降解
高碘酸氧化反应是将高碘酸作为氧化剂的一种选择性的氧化降解反应,反应中每断开一个C—C键消耗一分子高碘酸,通过测定高碘酸消耗量及甲酸的释放量,可以判断糖苷键的位置和支链多糖的分支数目等[12,13]。反应要在低温、避光的条件下进行,反应过程中要防止超氧化反应发生。高碘酸氧化的反应特点:(1)反应定量进行(试剂与反应物基本是1∶1);(2)在水溶液中进行或有水溶液(否则不反应);(3)反应速度为顺式邻羟基>反式邻羟基(因顺式易形成环式中间体);(4)游离单糖产物及消耗过碘酸用Fischer式计算;(5)成苷时糖产物及消耗过碘酸用Haworth式计算;(6)在异边而无扭转余地的邻二醇不起反应。高碘酸氧化反应式如下:
以D-葡萄糖为例,其Fischer式和Haworth式消耗高碘酸量的计算:
Smith降解是将高碘酸氧化产物用硼氢化合物还原成稳定的多羟基化合物,再进行酸水解或部分水解破坏缩醛型结构的糖苷,而没有被高碘酸氧化的糖基仍然连在糖链上,因此可以根据高碘酸氧化和Smith降解的综合分析获取中药多糖结构的一些信息[11]。
余荣民等用高碘酸氧化和Smith降解分析蛹虫草多糖结构,通过计算得出多糖的高碘酸消耗量和甲酸的释放量分别为1.361mol·mol-1和0.504mol·mol-1,结果表明半乳糖和葡萄糖的连接顺序可能为1-、1,6-、1,2-、1,2,6-、1,4-、1,4,6-连接[14]。
3.2.1.3 甲基化分析
甲基化是将多糖中各种单糖残基的游离羟基全部甲基化变成甲醚,然后将甲基化多糖水解得到部分甲基化的单糖,其羟基所在的位置即为原来单糖残基的连接位点,产物经还原、乙酰化后再进行气相色谱和气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)分析,结合标准谱图确定糖苷键的连接位置[15~17]。
甲基化反应的关键是要确定多糖的甲基化是否完全,通常采用红外光谱法来测定甲基化后的多糖中是否含有游离羟基。迟爱萍等选用甲基化分析绞股蓝多糖,结果表明绞股蓝多糖主干是1,4-连接α-D-葡萄糖,分支是O-6,分支主要是由1,6-连接α-D-葡萄糖,1,3-连接β-D-半乳糖和1,6-连接α-D-半乳糖,末端是β-D-半乳糖和β-L-阿拉伯糖连接[18]。
3.2.2 光谱分析法
光谱分析法对中药多糖结构的分析具有更快速、方便、准确和灵敏等优点,是中药多糖结构分析不可或缺的重要方法。
3.2.2.1 紫外光谱法
紫外光谱(ultraviolet spectrum,UV)在多糖结构分析中常用紫外扫描观察260nm或280nm有无特征吸收峰,来判别是否含有蛋白质或核酸缀合物[19]。
3.2.2.2 红外光谱法
红外光谱(infrared spectrum,IR)是利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一种方法。多糖的红外光谱常出现一些特殊功能团的特异红外吸收,通过特征吸收峰的不同,红外光谱可以用来分析多糖的结构,主要包括吡喃糖和呋喃糖的确定和糖键上主要取代基的识别等。红外光谱中糖苷键的构型和糖环部分的大小的特征吸收峰为1100~700cm-1,如吡喃糖苷在1100~1010cm-1间应有三个强吸收峰,而呋喃糖苷在相应区域只出现两个峰。另外,多糖分子中若有甘露糖,则特征峰一定在870cm-1和810cm-1处;O—H的伸缩振动在3600~3200cm-1出现较宽峰;酯键或O-乙酰基的特征吸收峰在1260cm-1、1730cm-1;酰胺键的特征吸收峰在1650cm-1、1550cm-1;酯基在1740cm-1;羧酸离子在1600cm-1、1414cm-1附近出现振动[20]。
吴文琳等采用4种不同方法(热水、超声、碱法和酶法)提取丹参多糖,使用红外光谱来研究丹参多糖的结构,通过糖链结构中特殊功能团呈现的特异吸收峰分析,得出4种提取方法所提得的丹参多糖在结构上有很大的不同[21]。
3.2.2.3 质谱法
质谱(mass spectrum,MS)在糖链结构分析中应用广泛,可以用来鉴定高极性、难挥发且不稳定的糖化合物,此方法具有快速、灵敏、结果信息直观和试样用量极少的特点[22]。H·Kojima使用质谱方法和高效液相柱后荧光衍生分析脂多糖的结构,结果表明质谱可以成功地分析脂多糖中糖连接的主链[23]。
3.2.2.4 核磁共振光谱法
核磁共振光谱法(nuclear magnetic resonance,NMR)是目前测定多糖糖链结构最常用的方法,包括1D-NMR和2D-NMR谱。通过1H-NMR谱可以确定多糖结构中糖苷键的构型,通过13C-NMR谱可以确定糖残基的数目和相对含量、糖链的连接位置以及异头碳的构型等[24~26]。从2D-NMR谱中可以得到碳氢连接方式的相关信息,一般包括COSY、NOESY和NOE谱等[27,28]。
张辉等研究从灵芝中提取的一种新生物多糖结构,使用1H-NMR、13C-NMR、异核单量子相干谱(heteronculear single quantun correlation,HSQC)和异核多键相关谱(heteronuclear multiple bond coherence,HMBC)等核磁方法,成功地分析出灵芝多糖的结构[29]。V.Rana等研究黄檀叶中酸性多糖的结构,使用1H-NMR、13C-NMR和HMQC等核磁方法,结果通过分析表明黄檀叶多糖重复的单元结构是由α-L-鼠李糖、β-D-葡萄糖醛酸、β-D-半乳糖和β-D-葡萄糖组成,而且主要是由1,2-、1,3-和1,4-连接[30]。
3.2.3 生物学方法
3.2.3.1 酶学方法
利用酶学方法对多糖的催化反应,可分析多糖链中糖苷键类型和糖连接方式[30]。邓云霞采用酶解方法研究金耳胞外多糖的结构,结果表明金耳胞外多糖含有1,4-糖苷键[31]。
3.2.3.2 免疫学方法
多糖会抑制抗原和抗体结合,通过测定抑制常数并与已知结构的糖链相比较而确定多糖的结构[3]。严琴琴研究膜糖蛋白的结构,采用免疫学方法测定膜糖蛋白的结构[32]。