文档介绍：海藻糖基本介绍研究与应用生物学特性海藻糖是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的非还原性糖,有3种异构体即海藻糖(α,α)、异海藻糖(β,β)和新海藻糖(α,β),并对多种生物活性物质具有非特异性保护作用。科学家们发现,沙漠植物卷叶柏在干旱时几近枯死,遇水后却又可以奇迹般复活;高山植物复活草能够耐过冰雪严寒。一些昆虫在高寒、高温和干燥失水等条件下不冻结、不干死,就是它们体内的海藻糖创造的生命奇迹。海藻糖因此在科学界素有“生命之糖”的美誉。国际权威的《自然》杂志曾在2000年7月发表了对海藻糖进行评价的专文,文中指出:“对许多生命体而言,海藻糖的有与无,意味着生命或者死亡”。基本介绍生物学特性稳定生物膜和蛋白质的结构保护生物体免受热和干燥的损伤保护生物体免受氧化应激的损伤保护生物体免受缺氧的损伤海藻糖的生物学特性目前已公认,海藻糖能稳定生物膜和蛋白质的结构,对生物大分子有保护作用。其作用机制主要有3种假说解释,分别是“水替代”假说、“玻璃态”假说和“优先排阻”假说,这些假说基本上都认为海藻糖的这种保护作用与海藻糖和生物大分子形成“分子复合物”有关。稳定生物膜和蛋白质的结构海藻糖的生物学特性保护生物体免受热和干燥的损伤有些生物体(如一种蚊)能耐受完全干燥的环境,有些能耐受热激,而生物体本身不受任何损伤,其中很重要的原因就是这些生物体能在极端的条件下积累大量的海藻糖。 采用转基因技术将海藻糖生物合成基因转入动植物细胞中,可提高细胞对干旱和干燥的耐受。实验表明一种转基因稻中海藻糖的含量是非转基因稻的2~10倍,在盐、干旱和低温等胁迫条件下,此转基因稻能更好的调节矿物质的平衡,较少受到损伤,能正常生长。正常的人纤维母细胞对干燥非常敏感,而转基因人纤维母细胞在干燥的环境中能存活5d[3]。 海藻糖可有效地降低角膜上皮细胞在干燥环境中的死亡率,保护角膜组织。Matsuo等[4]采用不同条件预培养人体角膜上皮细胞15min,再将细胞置于室温、室内湿度的环境中干燥30min,经荧光染色观察存活和死亡细胞数目。结果用海藻糖溶液预培养的角膜上皮细胞在干燥环境中的死亡率显著降低。海藻糖的生物学特性神奇的耐旱植物“九死还魂草”这种植物学名叫卷柏,又叫“九死还魂草”,之所以叫这个名字,是因为在干旱季节它们能抛弃体内70%以上的水分,一旦雨水降临,就立马回复绿意和生机,就像变戏法一样。虽然,抗干旱的功夫了得,但是这种植物却不是什么与尘世隔绝的仙草,在很多山头上都有它们的身影。卷柏之所以能抗干旱,是因为这些草(确切地讲是蕨类植物)的细胞里可以生产抵御干旱的物质——海藻糖(由两个葡萄糖分子合成)。不管是动物还是植物细胞内都有一个微小的水环境,各种细胞器、蛋白质都漂浮其间,就像水草、金鱼漂浮在水族箱里一样。一旦脱水,里面的东西自然挤成一团,那生产代谢工作的流水线就完全被破坏,细胞也难逃死亡的厄运。而卷柏的海藻糖,正是帮助它们的细胞在脱水时维持较为稳定“流水线”的结构,以等待甘霖降落。顺便说一句,不光是卷柏,有些动物也有类似的绝招。生活在非洲的一种摇蚊的幼虫也能在体内合成海藻糖,从而抵抗干旱,甚至能以这种状态在宇宙真空条件下生存至少一年。海藻糖是一潜能的自由基清除剂,可保护白假丝酵母菌和酿酒酵母免受氧化应激的损伤。海藻糖缺陷型白假丝酵母菌突变株对严重的氧化应激(暴露于H2O2环境)极其敏感,而野生型在此环境中却能积累大量的海藻糖,存活率较高。酿酒酵母在轻度热激(38℃)条件下,体内海藻糖积累,再使其处于氧化应激环境,细胞的活性明显提高,当恢复其正常生长条件,海藻糖的含量及其对氧化应激的耐受迅速降低至原来的水平。与野生型相比,海藻糖合成缺陷酿酒酵母突变株对氧化应激较为敏感,即使受短暂的氧化应激,其体内的损伤蛋白质亦会明显增多。但是,在培养基中加入海藻糖则能提高突变株对氧化应激的耐受。氧自由基可使细胞蛋白质中的氨基酸受损而导致对细胞的损伤,而细胞中高浓度的海藻糖可防止这种损伤。这表明海藻糖具有氧自由基清除剂的作用。 海藻糖能否减少氧自由基对哺乳动物细胞的损伤还有待于进一步证实。保护生物体免受氧化应激的损伤海藻糖的生物学特性动物组织在遭受5~10min的严重缺氧或缺血,就会受到不可逆转的损伤,而果蝇属动物处在完全氮气的环境中4h却不受损伤,这与果蝇属动物体内海藻糖的浓度较高密切相关。研究者将tps1基因(海藻糖-6-磷酸合酶基因),导入苍蝇体内,使其过分表达,结果苍蝇体内海藻糖水平提高,而且对缺氧的耐受性增加。体外实验还表明,海藻糖可减少由于缺氧而导致的蛋白质(如Na+/K+ATP酶)聚集。 海藻糖可保护哺乳动物细胞免受缺氧的损伤。研究者用重组质粒将tps1基因转入到人的HEK-293细胞中,在葡萄糖缺少的条件下培养细胞,转入tps1基因的HEK-293细胞(HEK-d