广西大学考研(广西大学考研分数线)
广西大学考研，广西大学考研分数线
多糖作为由基本单糖所组成的生物大分子，其所具有的连接键、直链/支链比和分子质量的多样性以及分子多羟基性和某些特殊空间结构，为其功能化提供了良好的条件。自组装是大分子间通过非共价键相互作用来驱动分子或部分分子自发地形成有序结构的过程，也是生物大分子之间通过相互作用形成超分子结构的基础。相较于蛋白质，多糖在多种环境因素（温度、pH值等）下具有更高的稳定性，可与其他功能因子结合以构建具有有序结构和特异性优势的功能复合物。
作为三螺旋多糖的凝胶多糖（CUR）是一类线性的β-(1,3)-D-葡聚糖，最早由粪产碱杆菌发酵获得，并被美国食品药品监督管理局批准作为食品添加剂使用，出色的增稠性、保水性使其在食品加工领域得到广泛的应用。广西大学轻工与食品工程学院的潘玉雪、徐欣东、陈 山*等综述了CUR的自组装作用特点和基于自组装作用构建功能材料的功能及生物活性，为CUR的自组装作用在食品等领域的深入研究及应用提供参考。
1 、CUR三螺旋构象
如图1A所示，CUR具有6/1右手螺旋构型，主链通过β-1,3-键进行连接，每6 个葡萄糖残基形成一周螺旋，主链葡萄糖环上C4和C6羟基间的分子内氢键是螺旋结构形成的驱动力。如图1B所示，由C2上羟基间的分子间氢键作用形成了位于同一xy平面且与螺旋轴相互垂直的三角氢键网络，三条多糖线性链在分子间及分子内氢键作用下形成紧密的交叉螺旋结构，而螺旋中心在目前的主流观点中被认为存在不等边“六边形”氢键作用，即3 条糖链上3 个羟基的6 个原子形成不等边六边形氢键模型，以形成稳定的CUR三螺旋结构。已有报道称，同样具有三螺旋构象的裂褶菌多糖主链上的C2羟基具有疏水性，而C6羟基及侧链葡萄糖基具有亲水性，这使得当单链恢复到三螺旋构象时，疏水表面总是位于三螺旋结构内，而形成的三螺旋结构则被亲水表面所覆盖，在三螺旋结构内形成直径约为3.5 Å的疏水空腔，且经过变性的空腔具有柔韧性。对于CUR而言，其螺旋结构的中心被C2羟基占据，导致疏水空腔无法形成；此外，葡萄糖基侧链的存在和数量不仅可以显著改变葡聚糖的物理性质，也会对三螺旋结构的疏水空腔产生强烈影响，支化度越高，形成的螺距越短，疏水空腔体积越大。因此，相对于其他带有侧链的三螺旋多糖，CUR自组装形成的三螺旋构象不存在疏水空腔。除了Type A氢键模型，前人还提出不同的氢键模型，其中在Type B氢键模型中，认为CUR糖链呈右旋，且同一条链上相邻糖环的C2羟基之间形成分子内氢键（图1C），而形成三螺旋结构的驱动力可能是范德华力；而在Type C氢键模型中，与其他两种模型不同的是，CUR三螺旋呈分子间左旋，且C2羟基间的分子间氢键构成的氢键网络与螺旋轴不垂直，而是沿着螺旋线（图1D）。在这3 种模型中，最不稳定的是Type B氢键模型，而Type A氢键模型被认为是较为合理的三螺旋构象模型。
2、不同诱导方式下的凝胶多糖自组装作用
如图2所示，多糖三螺旋在强极性溶剂（如二甲基亚砜（DMSO））中可以以无规卷曲的形式展开，这一过程称为三螺旋的解旋，当溶液的极性降低时，无规卷曲可以通过特异性氢键识别作用重新形成三螺旋，这个过程称为三螺旋的复旋。CUR在不同诱导条件下引发三螺旋解旋，通过改变溶液的条件，可以使解旋后形成的无规卷曲通过复旋重新形成三螺旋结构。然而，CUR在不同诱导条件下所表现出的自组装过程存在略微不同。
CUR在加热/退火处理下的自组装作用
CUR又名热凝胶，其独特的胶凝特性表现为当加热到80 ℃以上再退火后，会形成凝胶强度较高的热不可逆凝胶，而当加热到55～65 ℃后再退火，会形成凝胶强度较低的热可逆凝胶（图3）。目前的主流观点认为，前者的凝胶机理在微观上表现为三螺旋结构在高温下解旋成单链，在退火后重新复旋形成三螺旋结构，三螺旋结构之间由至少一条单链连接或者以聚集体的形式存在，具有较强的网络结构，从而在宏观上表现出极高的凝胶强度；后者的凝胶机理在微观上表现为三螺旋在加热下解旋为单螺旋，退火时少部分单螺旋复旋为三螺旋，但溶液中仍以单螺旋占主导，多条单螺旋或三螺旋链间也存在一定的连接，但构成的网状结构强度不如前者，从而在宏观上表现出较低的凝胶强度。
CUR在二甲基亚砜/水溶液体系中的自组装作用
从图4中可以看出，当DMSO/水体系中DMSO质量分数较高时，相关多糖的三螺旋均会发生构象转变，在DMSO质量分数达到100%后均以无规卷曲形式存在于溶液中。值得注意的是，随着三螺旋多糖分子质量的升高，不同三螺旋多糖保持三螺旋构象的DMSO质量分数区间也变大，这说明在DMSO/水溶剂体系中，当分子质量增大，维持三螺旋的氢键数量也增多，从而提升了解旋三螺旋所需的DMSO量。在三螺旋完全解旋后，通过降低DMSO/水中DMSO的质量分数，可以使无规卷曲重新自组装成三螺旋，但相较原始状态下的三螺旋数量有所减少。然而，DMSO作为高毒性的有机溶剂，其在复合物的构建中具有潜在的安全风险，因此需要对构建过程和产物进行严格监控和检测。
CUR在碱中和处理下的自组装作用
由图5可知，分子质量较低的三螺旋多糖，保持三螺旋构象的NaOH浓度区间却较大，这说明相比于具有较高分子质量的多糖，较低分子质量的多糖在NaOH溶液中存在更多的三螺旋聚集体（THAs）。因此，在碱中和（AN）处理下，需充分考虑THAs对CUR自组装作用的影响。图5中所有三螺旋多糖在较低的NaOH浓度下均能保持较完整的三螺旋构象，推测在此阶段主要是THAs内较弱的分子间氢键被破坏，造成THAs的大量解离；在NaOH浓度进一步升高后，3 条螺旋链间的强分子间氢键被破坏，从而造成了单体三螺旋（ITHs）的解旋，最后形成无规卷曲。
3 种诱导方式下自组装的特点及局限性如表1所示。
3、基于凝胶多糖自组装作用构建的功能材料及其应用
聚合物自组装技术在阐释生物大分子行为和构建功能因子递送体系等方面做出了重要贡献，是近年来食品与材料科学领域中不断发展的一个重要研究项目。三螺旋可逆构象转变的性质（即解旋/复旋过程）使三螺旋多糖表现出独特的分子识别行为和不可比拟的特征，其可通过自组装作用形成有序的层次结构，以“超分子化学包装”来包裹各种客体功能因子。然而，由于多糖不具有如DNA和蛋白质的模板合成特征，导致多糖易受分子质量的影响而产生结构、构象以及生物活性的差异。针对这个问题，可以通过三螺旋多糖的自组装作用在不改变糖链组成的情况下自发地将无序糖链构象转变为有序糖链构象，这可有效减少由多糖分子质量不同所引起的构象差异，同时提升多糖的生物活性，延伸多糖的功能性。
结 语
CUR因其独特的三螺旋构象和自组装特点已受到广泛的关注与研究，特别是利用三螺旋自组装作用构建功能材料已成为研究热点。不同的诱导方式下，CUR的自组装过程具有不同的特点，THAs的存在极大地降低了CUR的溶解度，不论是DMSO/水体系中还是AN处理诱导下的CUR自组装过程都存在一定的局限性，在选择诱导方式时应根据应用需求开发和选择更适合的方式或者优化和完善现有方式，遵循制备过程简便、绿色的要求，提高产物纯度及降低产物毒性。基于自组装过程的作用及特点，CUR在食品添加剂、新型包装膜等食品领域具有巨大的潜力，在微量元素补充剂、功能因子递送等热门研究方向也具有可预见的研究和应用价值。此外，对于CUR三螺旋结构的自组装过程调控及机理，尤其是三螺旋的定量分析检测和特异性氢键识别功能等方面还可继续深入挖掘和探索，使CUR除了作为食品添加剂在食品领域的得以应用外，再进一步发挥其作为一种高安全性功能物质载体的应用潜力。
01
通信作者简介
陈山教授，广西大学轻工与食品工程学院糖业与综合利用教育部工程研究中心 副主任。
学习及工作经历：
1987-1991，广西大学轻工与食品工程学院，食品工程，本科；
1997-2000，广西大学轻工与食品工程学院，应用化学，硕士；
2000-2003，华南理工大学食品科学与工程学院，制糖工程，博士；
2003-2007，广西大学轻工与食品工程学院“高层次技术人才”硕士生导师，副教授；
2005-2006，中科院生物物理研究所“西部之光”培养计划，培养对象；
2007-至今，广西大学轻工与食品工程学院，博士生导师、教授。
研究方向：
多糖生物大分子结构及其功能化；糖类药物制备及其构效关系；糖业副产物综合利用。
主持项目：
（1）主持国家自然科学基金：超声耦合膜过程选择性降解葡聚糖的机理研究与建模；
（2）主持国家自然科学基金：定向生物合成右旋糖酐的机理与过程调控研究；
（3）主持国家自然科学基金：双酶体系合成右旋糖酐过程的聚合机理与调控研究。
02
第一作者简介
潘玉雪， 广西大学 轻工与食品工程学院硕士研究生。
学习经历：
2016-2020，广西大学轻工与食品工程学院，食品工程，本科；
2020-至今，广西大学轻工与食品工程学院，轻工技术与工程，研究生。
研究方向：
多糖生物大分子结构及其功能化。
本文《凝胶多糖自组装作用及其应用研究进展》来源于《食品科学》2022年43卷15期265-274页，作者：潘玉雪，徐欣东，张润峰，王清，陈山。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210530-354。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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