麥冬多糖POJ-U1A的結構研究及原子力顯微鏡觀測

王小梅，孫潤廣，薛慧君，韓 濤

(陜西師范大學物理學與信息技術學院生物物理與生物醫學工程實驗室，陜西西安710062)

麥冬多糖POJ-U1A的結構研究及原子力顯微鏡觀測

王小梅，孫潤廣*，薛慧君，韓 濤

(陜西師范大學物理學與信息技術學院生物物理與生物醫學工程實驗室，陜西西安710062)

用功率超聲從麥冬中提取麥冬多糖POJ-U1，通過DEAE-52 cellulose色譜柱和Sephadex G-150凝膠色譜柱進行分離純化得到POJ-U1a，采用高效凝膠滲透色譜法測定其分子量，采用紅外光譜法、氣相色譜法對其化學結構進行研究，原子力顯微鏡觀察其微觀形貌。結果表明，麥冬多糖POJ-U1a的平均分子量為4.02×103D，是一種由均一葡萄糖組成的葡聚糖，具有糖類物質的特征吸收峰，同時存在呋喃環，是具有高度分枝的化學結構的多糖。

麥冬多糖，結構分析，原子力顯微鏡(AFM)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥冬 浙江產;95%乙醇、苯酚、濃硫酸、氯化鈉均為分析純;DEAE-52 Whatman;Sephadex G-150 Pharmacia。

KQ3200B型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;JY92-Ⅱ型超聲波細胞粉碎機 寧波新芝生物科技有限公司;TU-1810紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司;CF16RX高速離心機 日本日立公司;系列層析柱2.5×60cm 上海琪特分析儀器有限公司;TB-215D電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司，精度:1/105g;FD-1A真空冷凍干燥機 北京博醫康實驗儀器公司; Waters1525高效液相色譜儀，Waters2414示差折光檢測器，Trace-2000高效氣相色譜儀，日本島津SPM-9500J3原子力顯微鏡，Avatar360E.S.P.F TIR傅里葉變換紅外光譜儀(尼高力)。

1.2 實驗方法

1.2.1 麥冬多糖的提取 將麥冬塊根60℃烘干后粉碎，加入4倍體積的95%乙醇超聲脫脂三次，烘干，取80g脫脂后的塊根粉末，按料液比1∶10加蒸餾水，攪拌使其充分溶解，置于超聲波細胞粉碎機下提取，提取條件:超聲時間10s，間隙時間15s，超聲次數90次，超聲功率80W，提取兩次，兩次的提取液經減壓濃縮，用四倍量95%乙醇醇析得粗多糖沉淀，離心，透析，真空冷凍干燥后得麥冬粗多糖POJ-U1。

1.2.2 麥冬多糖的分離純化［6-7］

1.2.2.1 DEAE-52 cellulose色譜柱層析 將麥冬多糖1.0g溶于12mL蒸餾水，12000r/min，4℃，離心20min，上DEAE-52 cellulose色譜柱，梯度洗脫法洗脫各級分，洗脫液分別為蒸餾水、0.05mol/L NaCl溶液、0.3mol/L NaCl溶液，流速為6s一滴，20min一管，全自動部分收集器收集洗脫液，苯酚-硫酸法在487nm波長下比色檢測糖含量。以試管數目為橫坐標，吸光度值為縱坐標，作DEAE-52 cellulose色譜柱洗脫曲線圖。合并各主峰溶液，濃縮，流水透析，冷凍干燥，得POJ-U1a、POJ-U1b、POJ-U1c。

1.2.2.2 Sephadex G-150凝膠色譜柱層析 將之前收集的最多的組分進行凝膠色譜分離。流速為4s一滴，10min收集一管，苯酚-硫酸法檢測。以試管數目為橫坐標，吸光度值為縱坐標，作DEAE-52 cellulose色譜柱洗脫曲線圖。合并各主峰溶液，濃縮，蒸餾水透析，冷凍干燥，得POJ-U1a。

1.2.3 高效液相色譜法測定多糖分子量［8-9］色譜條件:色譜柱:Shodex Ohpak SB-804 HQ;流動相:高純水;流速:0.8mL/min;柱溫:30℃;檢測器:示差折光檢測器;進樣量:20μL。

標準曲線的制作:用系列標準葡聚糖作為分子量標準品，用流動相溶解制成2mg/mL溶液分別進樣，記錄洗脫峰的保留時間，以標準分子量的對數值為縱坐標，以相應譜峰的保留時間為橫坐標進行線性回歸，得線性回歸方程為:lgMw=-0.6638x+ 10.113(R2=0.9997)，其中:x為保留時間;Mw為平均分子量。

多糖分子量的測定:將多糖樣品溶于高純水制成2mg/mL溶液，在相同色譜條件下進樣分析，記錄保留時間，帶入回歸方程算得平均分子量。

1.2.4 傅里葉紅外光譜測定［10］稱取 POJ-U1a 1mg，加入 100mg KBr充分研磨，壓片，在 4000～600cm-1波長范圍內用紅外光譜儀進行掃描。

1.2.5 氣相色譜分析［11］稱取5mg POJ-U1a樣品，加入2mol/L的三氟乙酸3mL，110℃下水解6h，取出，加入少量甲醇，于旋轉蒸發儀50℃減壓濃縮，重復三次，以除盡三氟乙酸，得水解產物。水解產物加入0.5mL無水吡啶，10mg鹽酸羥胺，2mg肌醇六乙酰酯(內標)，于恒溫水浴鍋中90℃反應30min，取出，冷卻至室溫。然后加入0.5mL無水乙酸酐90℃下繼續反應30min進行糖腈乙?；?，氣相色譜分析。

氣相色譜條件:OV-17毛細管柱;FID檢測器;升溫程序:150℃(7℃/min)→190℃(15℃/min)→250℃;進樣口溫度280℃;檢測器溫度260℃;Air∶H2∶N2= 300∶30∶30，載氣流速10mL/min;進樣量1μL。

1.2.6 原子力顯微鏡研究［12-14］將麥冬多糖 POJU1a配成濃度為2.5μg/mL的溶液，磁力攪拌器攪拌4h，用移液器取5μL滴在新剝離的云母表面，自然風干，置于原子力顯微鏡下進行掃描觀測。測試在室溫下進行，濕度為50%～60%，探針為Si3N4，微懸臂長200μm，微懸臂的彈性常數為0.28N/m。

2 結果與分析

2.1 麥冬多糖POJ-U1a的紫外吸收光譜掃描及蛋白質檢測結果

麥冬多糖POJ-U1a的水溶液在190～400nm處進行全波長掃描，結果在191nm處有多糖特征吸收峰。在260～280nm范圍內無吸收峰，表明麥冬多糖POJ-U1a中不含有蛋白質和核酸。

2.2 DEAE-52 cellulose色譜柱層析結果

由圖1可以看出，實驗中檢測到的麥冬多糖共有三種組分，用蒸餾水、0.05mol/L NaCl、0.3mol/L NaCl溶液洗脫均出現一個峰，依次命名為POJ-U1a、POJ-U1b和POJ-U1c，其中POJ-U1a多糖含量最高，因此將其峰位合并，冷凍干燥，為下一步純化備用。

圖1 麥冬多糖DEAE-52纖維素柱層析圖

2.3 Sephadex G-150凝膠色譜柱層析結果

由圖2可以看出，POJ-U1a經Sephadex G-150凝膠色譜柱層析，流出曲線為單一對稱峰，表明POJ-U1a為分子量分布均一的麥冬多糖組分。

2.4 麥冬多糖POJ-U1a的分子量測定

如圖3所示，麥冬多糖POJ-U1a經高效液相色譜得到的峰形為單一對稱峰，表明其為均一多糖，由標準曲線求出其平均分子量為4.02×103D。

2.5 紅外光譜分析

如圖4所示，麥冬多糖POJ-U1a的特征吸收峰: 3423cm-1出現的寬峰是O-H伸縮振動峰，表明該多糖存在分子間和分子內氫鍵;2926cm-1和2853cm-1處為多糖-CH2-的C-H伸縮振動引起的;1637cm-1處為多糖中結晶水或氨基N-H變角振動引起的; 1119cm-1處為多糖C-O伸縮振動引起的;871cm-1處的吸收峰為呋喃環或羥基呋喃環，表明麥冬多糖POJ-U1a中的糖環構型為呋喃類。

圖2 POJ-U1a的Sephadex G-150凝膠層析柱色譜圖

圖3 麥冬多糖POJ-U1a的高效液相凝膠滲透色譜圖

圖4 POJ-U1a的紅外光譜圖

2.6 氣相色譜分析

氣相分析圖5和圖6表明，麥冬多糖POJ-U1a由單一葡萄糖組成，屬于葡聚糖。

圖5 混合標準單糖氣相色譜圖

2.7 原子力顯微鏡觀測結果

原子力顯微鏡(AFM)是以物理學原理為基礎的一種新型表面分析儀器，能夠提供生物大分子納米級的三維結構信息，因此被廣泛應用于高分子聚合物和生物大分子表面形貌的研究［15］。

圖6 POJ-U1a衍生物的氣相色譜圖

如圖7(A、B)可以看到，麥冬多糖POJ-U1a由長鏈折疊、纏繞形成，分枝較多，圖像的對比度依賴于針尖上的作用力大小，作用力太大易損壞糖鏈，太小對比度較差，圖像模糊，最佳的作用力為3～4nN，從圖中可以看到，多糖聚合物鏈相互纏繞，鏈的高度均在1nm左右，鏈寬0.2～0.7μm，一般多糖的分子鏈大小為0.1～1.0nm，我們得到的圖像寬度遠大于單鏈分子的估計值，這一方面可能是由于針尖在掃描時與分子間相互作用導致增寬效應;另一方面估計是由于糖鏈間范德瓦爾斯力相互作用及糖鏈與帶負電的云母表面產生相互作用，使得多糖鏈分子聚集平鋪在云母表面。鏈間通過糖單元間不同的連接方式衍生出許多大大小小的環狀結構，尺寸在幾百納米到幾個微米不等，證明麥冬多糖大分子具有高度分枝的化學結構。

圖7 POJ-U1a的AFM圖像

由圖7(C)可以清楚地看到，鏈中有孔洞出現，圖7(D)可以看出，這些孔洞的形成是鏈間相互纏繞、折疊的結果。還可以看到多糖分子間的纏繞及螺旋狀排列，此螺旋結構再相互聚集，形成比較大的多糖聚集體，這種現象可能是Van Der Waals相互作用及鏈間氫鍵締合所導致的。

總之，利用功率超聲從麥冬中提取麥冬多糖是一種簡單、可行而有效的方法。應用層析柱法對麥冬粗多糖進行分離純化，可以得到純度比較高的單一組分。高效液相色譜法、紅外光譜法、氣相色譜法及原子力顯微鏡也是分析麥冬多糖結構的有力手段。

3 結論

用高效液相色譜、氣相色譜、傅里葉紅外光譜對超聲提取麥冬多糖的結構進行分析，結果表明，麥冬多糖POJ-U1a為均一多糖，其平均分子量為4.02× 103D;麥冬多糖POJ-U1a具有一般多糖類物質的特征吸收峰，它的單糖殘基以呋喃環的形式存在;麥冬多糖POJ-U1a為葡聚糖，極易溶于水，黏度非常高，估計是麥冬中黏性物質的主要成分。用原子力顯微鏡觀察麥冬多糖POJ-U1a，結果得到了清晰、穩定的圖像，證明麥冬多糖具有高度分枝的化學結構。

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Structure investigation and observation of microstructure of ophiopogon japonicus polysaccharide POJ-U1a with atomic force microscope

WANG Xiao-mei，SUN Run-guang*，XUE Hui-jun，HAN Tao
(College of Physics and Information Technology，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China)

Ophiopogon japonicus polysaccharide JOP-U1 was extracted by ultrasonic power.It was separated and purified by DEAE-52 cellulose column and Sephadex G-150 gel column，POJ-U1a was acquired，then its relative molecular weight was determined by high performance gel permeation chromatography(HPGPC)，its chemical structure was analyzed by the techniques of infrared spectrometry and gas chromatography，and its external figure was observed by atomic force microscopy(AFM).The determination results showed that the relative molecular weight of ophiopogon japonicus polysaccharide POJ-U1a was 4.02×103D，it is glucan composed by glucose.The infrared spectrum suggested that there were characteristic absorption bands of polysaccharide in JOP-U1，and its monosaccharide residues existed in the forms of furan rings.AFM revealed that it had a multi-branched structure in linkages of adjacent monosaccharides.

ophiopogon japonicus polysaccharide;structure analysis;atomic force microscopy(AFM)

TS201.2+3

A

1002-0306(2011)03-0081-04

麥冬為百合科多年生草本植物的干燥塊根，主要活性成分麥冬多糖具有多種生物活性，主要表現在抗心肌缺血、降血糖、耐缺氧能力、抗過敏活性、免疫活性、對胃腸道作用活性等方面［1-2］。為了提高中藥生產效率，已有不少研究者將功率超聲技術引用到中藥提取過程中，研究超聲作用對中藥提取過程的影響，并取得了一定的成果。如G.L.Cote等［3］對不同頻率超聲波的降解作用進行了研究，發現20kHz的超聲波比1.5MHz超聲波的降解作用更強，使得所得產品具有非常低的分子量分布。Mei Zhang等［4］運用熱水法和超聲波處理法分別對側耳菌核和菌絲體進行提取，結果表明，側耳菌核和菌絲體中水溶性多糖的抗腫瘤活性依賴于其分離方法，不同的分離方法對提取物的分子量和組成成分都會產生一定的影響。目前對于超聲提取麥冬多糖的分離純化及結構的研究尚不多見，超聲提取對麥冬多糖結構的影響是一個值得研究的問題。由于多糖結構復雜，且難以形成晶體，因此對其結構的研究比較困難，原子力顯微鏡的出現使得多糖表面形貌的觀察成為可能［5］。本實驗通過功率超聲提取麥冬多糖，并對其進行分離純化，利用原子力顯微鏡觀察其微觀形貌，獲得了較清晰的分子鏈構象，這為進一步研究其微觀結構提供了重要的實驗依據。

2009-09-07 *通訊聯系人

王小梅(1983-)，女，碩士研究生，主要從事分子生物物理研究。

國家自然科學基金(10874108);陜西省自然科學基礎研究計劃(SJ08A16)資助。