刺山柑多糖表征結(jié)構(gòu)研究

東 方，于 蕾，程 斌，郭守東，王 翀，余 玥，冮 劍

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 藥物研究所博士后科研工作站，哈爾濱 150076；3. 國(guó)家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心，哈爾濱 150076)

刺山柑(Capparis spinosa L.)為白花菜科山柑屬植物，又稱老鼠瓜、瓜兒菜、槌果藤等[1-2].因其具有祛風(fēng)、抑菌、降糖、抗氧化、抗炎之功效[3-6]，在中亞、中東等地區(qū)被作為一種傳統(tǒng)草藥且用于治療關(guān)節(jié)炎[7]、高血糖等病癥.現(xiàn)代研究表明，刺山柑含有大量揮發(fā)油[8]、黃酮[9]、皂苷[10]等活性物質(zhì). 大量研究已經(jīng)證實(shí)，植物多糖的生理功能與其結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系.本文以分離純化得到的刺山柑多糖(CSPSI-C)為研究對(duì)象，對(duì)其粒徑與表面電荷分布、結(jié)晶性、熱力學(xué)性質(zhì)、空間構(gòu)象進(jìn)行分析以期為刺山柑多糖的開(kāi)發(fā)利用以及對(duì)刺山柑多糖的深入研究和應(yīng)用提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

刺山柑多糖(CSPSI-C)：哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心提供.

實(shí)驗(yàn)儀器及試劑：QUANTA 200掃描電子顯微鏡 ( FFI Co., Ltd., USA)；Nano-ZS90型粒徑電荷分析儀(British Malvern Instruments Co., Ltd., UK)；差式量熱掃描儀(Perkin Elmer Co.,Ltd. USA)，PW1700型X-射線衍射儀(Philips, Holland)，剛果紅溶液、氫氧化鈉溶液.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 掃描電鏡制樣及觀察

將少量CSPSI-C凍干粉末均勻涂抹于導(dǎo)電膠表面，噴金，QUANTA 200掃描電子顯微鏡觀察.

1.2.2 粒徑分布及Zeta電位檢測(cè)

精密稱取CSPSI-C凍干粉末配制成0.2 mg/mL溶液，利用Nano-ZS90型粒徑電荷分析儀檢測(cè)粒度分布及電荷.所有數(shù)據(jù)采用粒度分布軟件分析.

1.2.3 熱力學(xué)穩(wěn)定性檢測(cè)

精確稱取一定質(zhì)量CSPSI-C，壓蓋機(jī)密封，以空鋁鍋?zhàn)鲄⒄諛?，?0～230 ℃范圍內(nèi)，升溫速率為10 ℃/min，采用差式掃描量熱儀對(duì)CSPSI-C進(jìn)行差示掃描量熱分析(DSC).

1.2.4 晶體特性測(cè)定

采用PW1700型X-射線衍射儀測(cè)定多糖的結(jié)晶性能.X-射線衍射條件為：Cukα輻射，λ=1.541 8 ?，2θ范圍10°～80°.

1.2.5 剛果紅實(shí)驗(yàn)

精密稱取1.0 mg CSPSI-C溶于2.0 mL蒸餾水中，與2 mL剛果紅溶液(濃度為50 μmol/L)相互混勻，加入NaOH溶液使其終濃度分別為0.05～0.5 mol/L(測(cè)定間隔點(diǎn)共10個(gè))，室溫下放置10 min，紫外波長(zhǎng)400～600 nm范圍內(nèi)掃描，得出NaOH溶液濃度與CSPSI-C+剛果紅的混合液的最大吸收波長(zhǎng)之間存在的關(guān)系.另取50 μmol/L的剛果紅溶液與NaOH溶液混合，NaOH溶液總濃度與上述一致，最后在400～600 nm內(nèi)掃描.考察CSPSI-C是否具有三股螺旋結(jié)構(gòu).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 CSPSI-C粒徑分布及Zeta電位

多糖粒徑大小對(duì)于該多糖在體內(nèi)的代謝及生物利用度有很大的影響，一般來(lái)說(shuō)，小分子物質(zhì)更易被人體吸收利用[12].圖1為0.2 mg/mL時(shí) CSPSI-C的粒徑大小，從圖1中可以看出，CSPSI-C在0.2 mg/mL時(shí)粒徑為449 nm.粒子表面電荷(Zeta電位)能夠通過(guò)粒子間的靜電排斥作用影響粒子在分散液中的穩(wěn)定性，并對(duì)該微粒的生物活性存在顯著作用[13].從圖2可以看出，0.2 mg/mL時(shí)CSPSI-C的Zeta電位為-0.093 mV.說(shuō)明在0.2 mg/mL質(zhì)量濃度下，溶液中多糖粒子傾向于凝結(jié)或聚集.

圖1 CSPSI-C粒徑分布圖

圖2 CSPSI-C Zeta電位圖

2.2 CSPSI-C熱力學(xué)穩(wěn)定性

熱力學(xué)穩(wěn)定性對(duì)于多糖具有重要意義[14].CSPSI-C差式掃描量熱分析如圖3所示.從圖3

圖3 CSPSI-C的DSC圖

中可以看出，CSPSI-C無(wú)放熱峰，CSPSI-C在148 ℃處有一顯著吸熱峰，表明多糖在此溫度下發(fā)生了突變.

2.3 CSPSI-C的X-射線衍射結(jié)果

X-射線衍射是檢測(cè)受試樣品是否具有晶體結(jié)構(gòu)的重要方法之一[15].圖4為CSPSI-C的X-衍射圖譜.由圖可知，CSPSI-C在2θ為10°～80°范圍內(nèi)無(wú)明顯吸收峰，說(shuō)明CSPSI-C不存在單晶，為無(wú)定形態(tài).其主要原因與多糖分子規(guī)整性不強(qiáng)有關(guān).

圖4 CSPSI-C的X-Ray圖

2.4 CSPSI-C剛果紅實(shí)驗(yàn)結(jié)果

剛果紅是一種可以和具有螺旋結(jié)構(gòu)的多糖結(jié)合成絡(luò)合物的染料，具有螺旋構(gòu)象的多糖與剛果紅形成絡(luò)合物之后，其最大吸收波長(zhǎng)會(huì)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，在一定NaOH濃度范圍內(nèi)，表現(xiàn)出最大吸收波長(zhǎng)的特征變化，當(dāng)NaOH的濃度大于0.3 mol/L后，最大吸收波長(zhǎng)急劇下降.CSPSI-C與剛果紅形成的絡(luò)合物在NaOH濃度0～0.5 mol/L范圍內(nèi)最大吸收波長(zhǎng)的變化如圖5所示.從圖5中可以看出，CSPSI-C的加入使得剛果紅的最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，但隨著NaOH濃度升高到0.3 mol/L時(shí)，絡(luò)合物最大吸收波長(zhǎng)迅速降低，說(shuō)明CSPSI-C高度有序的螺旋結(jié)構(gòu)開(kāi)始解離，部分轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂删砬Y(jié)構(gòu).當(dāng)NaOH濃度升高到0.45 mol/L后，多糖的螺旋結(jié)構(gòu)基本解離完全，剛果紅與CSPSI-C的絡(luò)合物被完全破壞，最大吸收波長(zhǎng)趨于穩(wěn)定.剛果紅實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CSPSI-C存在多股螺旋結(jié)構(gòu).

圖5 CSPSI-C的剛果紅實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文探討了刺山柑多糖的表征結(jié)構(gòu).通過(guò)掃描電鏡及X射線衍射發(fā)現(xiàn)CSPSI-C為枝鏈狀、棒狀和鱗片狀的無(wú)定形粉末.配制成水溶液后多糖粒子傾向于凝結(jié)或聚集.為進(jìn)一步檢測(cè)CSPSI-C的穩(wěn)定性，本文對(duì)CSPSI-C的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，DSC結(jié)果顯示CSPSI-C無(wú)放熱峰，在148 ℃有顯著吸熱峰.此外，本文通過(guò)剛果紅實(shí)驗(yàn)檢測(cè)CSPSI-C存在多股螺旋結(jié)構(gòu).以上結(jié)果為進(jìn)一步研究CSPSI-C立體結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系，以及從分子水平上闡述多糖分子的藥效和作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ).

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