壳寡糖与人体健康[1].doc

壳寡糖与人体健康壳寡糖与人体健康一、前言一、前言壳寡糖来源于甲壳素（或称几丁质，Chitin） 以陆地植物发展而来的植物纤维素，成为自然界资源量位居第一的有机物，而以海洋动物（如：虾、蟹、鱿鱼等）发展而来的动物纤维素——甲壳素成为自然界资源量位居第二的有机物同时甲壳素又是到目前为止自然界中发现的唯一带正电荷的多糖类物质国际上早在 16 世纪民间开始将甲壳素应用于维持、增进健康，恢复体力等方面至 1977 年第一届甲壳素国际会议后，先后已召开了十届国际会议，许多国家及地区组织成立了专业从事甲壳素研究的学术组织甲壳素诸多特殊的生物学特性，倍受学术界及企业界的关注甲壳素又名甲壳质，壳多糖，是法国科学家布拉克诺(Braconnot) 1811 年首先从蘑菇中提取到一种类似于植物纤维的六碳糖聚合物，把它命名为 Fungine（蕈素） 1823 年，法国科学家欧吉尔(Odier)在甲壳动物外壳中也提取了这种物质，并命名为 chitin（几丁质） ，chitin 希腊语原意为“外壳“、“信封“的意思自然界中，甲壳素广泛存在于低等植物菌类、藻类的细胞，节肢动物虾、蟹、昆虫的外壳，贝类、软体动物（如鱿鱼、乌贼）的外壳和软骨等，其每年生物合成的资源量高达 100 亿吨，是地球上仅次于植物纤维的第二大生物资源，其中海洋生物的生成量在 10 亿吨以上，可以说是一种用之不竭的生物资源。

其中节支动物如虾、蟹、昆虫的外壳含量最为丰富，占其外壳含量的 20-60%，另外在一些真菌中如子囊菌、担子菌等中细胞壁中也有很高的含量甲壳素在自然界中几乎以相等的循环速率产生和消失，环境中的微生物，主要是细菌和真菌产生的甲壳素酶和壳聚糖酶等参与甲壳素和壳聚糖的降解，实现碳和氮循环，对地球生态环境起着重要的调控协同作用甲壳素有 α，β，γ 三种晶型α—甲壳素的存在最丰富，也最稳定由于大分子间强的氢键作用，导致甲壳素成为保护生物的一种结构物质，结晶构造坚固，一般不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂和酸碱，化学性质非常稳定，应用有限甲壳素若脱去分子中的 N-乙酰基就转化成为壳聚糖（chitosan） 这时它的溶解性大为改善，因而其应用范围也变大了，在工业、农业、医药、化妆品、环境保护、水处理等领域有广泛的用途自然界中的甲壳素并不是单独存在的，它与无机盐及蛋白质紧密结合在一起，共同构成生物的骨架当前人们利用甲壳动物的外壳制备甲壳素，工业化生产多以虾、蟹壳为原料采用化学法，经过酸碱处理，脱去钙盐和蛋白质，即可得到甲壳素；甲壳素再经强碱在加热条件下脱去乙酰基得到壳聚糖一般虾蟹壳中甲壳素含量为 20-30%，无机物（碳酸钙为主）含量为 40%，其他有机物（主要是蛋白质）含量为 30%左右。

近几年的最新研究发现，大分子的甲壳素经进一步脱乙酰及降解后形成的小分子化合物——壳寡糖壳寡糖溶于水，具有更为特殊的生物功能，生物学功能研究意义重大，其产品开发市场巨大然而目前有关壳寡糖方面的科普书籍尚缺，许多人对壳寡糖特殊的生物学功能并不了解，此次“保健时报”50 期的“壳寡糖系列讲座”连载内容是在国家科技部先后在“九五” 、 “十五”攻关、 “863”科技计划项目及自然科学基金等资助下，经过我们十多年对壳寡糖专门的研究及开发，并参阅国内外近 40 年（1967-2007 年）的 2100 余篇论文及专利中的最新研究开发进展编写而成，希望能成为一部较全面、通俗、系统的介绍壳寡糖研究开发方面的科普材料，以推动壳寡糖的研究应用开发，促进我国糖工程产业的发展二、糖生物学与糖生物工程二、糖生物学与糖生物工程————生命科学研究的前沿领域生命科学研究的前沿领域 生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学70 年代对核酸的研究以基因工程为标志，80 年代对蛋白质的研究以蛋白质工程为标志，科学家们在基因工程、蛋白质工程领域所取得的研究成果，为人类揭示生命科学现象提供了重要的理论基础和依据。

蛋白质、核酸和多糖是构成生命的三类大分子，蛋白质和核酸的研究已经成为生命科学中的热点问题糖生物学之所以落后于蛋白质和基因的研究，在于以前研究人员缺乏研究糖类分子的有效工具，物理和化学分析手段的滞后，以及糖分子本身的复杂性百余年来科学界对糖的认识几乎没有多大进展，糖类研究成了生命科学中的灰姑娘近年来，“糖类研究”这个“灰姑娘”终于等来了属于她自己的马车糖生物学是继基因组学、蛋白质组学研究之后，生命科学的前沿领域研究成果表明，糖类是生物体内除蛋白质和核酸以外的又一类重要的生物分子，尤其是一类重要的信息分子糖与蛋白质、脂类和核酸一样，是组成细胞的重要成份，通过对糖的研究发现，糖不但是细胞能量的主要来源，在细胞的构建、细胞的生物合成和细胞生命活动的调控中，均扮演着重要的角色对复杂而多变的“糖”的研究堪称生物化学的最新一个研究领域，糖生物学是继基因组学、蛋白质组学研究之后，生命科学的最前沿的领域糖生物学(glycobiology)这一个名词的提出是在 1988 年牛津大学 Dwek 教授在当年的《生化年评》中撰写了以“糖生物学”为题的综述，这标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生近年来在糖类研究方面已取得不少进展。

研究结果已确证，糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起着重要作用；炎症和自身免疫疾病、老化、癌细胞的异常增殖和转换、病原体感染、植物和病原体相互作用、植物与根瘤菌共生等生理和病理过程都有糖类的介导在此基础上，新兴的糖生物学正处在蓬勃发展的起点糖生物学涉及到许多生物学科，如分子生物学、细胞生物学、病理学、免疫学、神经生物学等糖生物学研究的发展又推动了这些学科的快速前进将糖生物学推向生命科学前沿的重大事件发生于 1990 年有 3 家实验室几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子 1(ELAM-1)，后来改名为 E-选凝素(E-selectin)这一位于内皮细胞表面的分子能识别白血球表面的四糖 Sia-LeX当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞粘附，并沿壁滚动，终而穿过血管壁，进入受损组织，以便杀灭入侵的异物但是，过多的白血球则引起炎症以及继发的病变后来又发现了这一家族中的其它成员：P-选凝素和 L-选凝素这一发现首次阐明了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与更令人吃惊的是，在肺癌和大肠癌细胞的表面也发现了 Sia-LeX进入血液循环系统的癌细胞可能借助了类似于上述的机制穿过血管，进而导致肿瘤的转移。

紧接着又出现了以这一基础研究的成果为依据的开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮以糖命名的药厂也应运而生美国 Scripps 研究所的华裔科学家王启辉(Chi-Huey Wong)，在这期间首先应用 3 种不同的糖基转移酶，酶促合成了 Sia-LeX随着糖生物学基础研究的发展，用于糖生物学研究的方法和基本技术，以及把基础研究所得的成果进一步转化为生产技术等方面的研究也倍受重视，“糖工程学”的兴起也是极为自然的了二十一世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释，因此，对生物体内细胞识别和调控过程的信息分子——糖类的研究是必不可缺的糖类的研究像生命科学研究中的又一里程碑，标志着生命科学的又一跨越式的进展，将获得更多科学家的青睐！三、揭开糖的面纱三、揭开糖的面纱 肥胖对人体健康有害，因此，很多人，尤其是白领丽人，非常认真地在减肥他（她）对饮食十分讲究，特别是尽量少吃甜食，多吃甜食会肥胖生活条件改善，加上工作繁忙紧张，患糖尿病的人越来越多；这些病人最忌讳的就是糖，凡有糖的食品敬而远之其实，甜食不一定都含有糖；糖尿病患者应该顾忌的是葡萄糖，以及有可能转化为葡萄糖的食品，而不是拒绝所有的糖。

糖、糖和“糖”是三种不同的概念，而很多人将这三者混为一谈糖类是自然界中最广泛的一大类分子在化学上的糖类是一类含有多个羟基的有机化合物从这个定义出发，除了我们日常生活中常见的葡萄糖、果糖和蔗糖外，还有许许多多的糖类谷物中的淀粉，经消化水解后变成了葡萄糖，因此，它们是糖树皮和棉花中的纤维素也是糖类，因为它们水解后同样产生葡萄糖从化学角度看，淀粉和纤维素是异构体还有制造果冻常用的原料海藻胶（如琼脂）也是糖类甚至，蟹和虾的壳，以及许多节支动物（昆虫）体表的硬壳，也是糖类组成的，这种糖类被称为甲壳质，也称为壳聚糖因此，题目中的第一个糖字是指化学上的糖糖尿病患者最关心的是血糖，然而和糖尿病直接有关的是血液中的葡萄糖，而不是所有的糖类葡萄糖只是自然界中最简单的单糖中的一种题目中第二个糖字是指人们日常生活中所说的糖，除了葡萄糖以外，平时谈及的糖还有果糖和蔗糖等有甜味的糖题目中第三个“糖”之所以带引号，是因为人们经常在甜味和葡萄糖等糖类之间划了等号，甜味即糖！其实不然，自然界存在着许多不是糖的“糖”（如糖精就不是糖）现在所谓的蛋白糖是一个二肽，也不是糖；有些蛋白质的甜味是蔗糖的万倍；一些小分子的硝基化合物也有甜味。

反之，有些糖类非但不甜，而且有苦味总之，糖、糖和“糖”三者截然不同为此，欲减肥不必忌讳甜食，因为有很多不是糖的“糖”同样，糖尿病患者也不必顾忌糖，因为有许多不是葡萄糖的糖最初发现和研究简单的糖类（如：葡萄糖等）经元素分析后，确定它们的组分是碳、氢和氧，而且三者的比例为 1:2:1,其中碳和水的比例为 1:1为此，当年认为这些简单的糖类是由碳和水构成的，因此糖也被称为碳水化合物，并一直被应用至今糖的科学定义是指各种各样多羟基醛类或多羟基酮类化合物及其衍生物的总称如有些糖不只含有碳和水，还有氮等其它元素，而且碳和水的比例也不是 1:1所有的糖类中最简单的是单糖（如葡萄糖和果糖等）此外其它的糖类都是由单糖和它们的衍生物构成的在自然界中生物量最多的是纤维素和甲壳质多糖纤维素是植物界最多的糖类，尽管纤维素和淀粉都是由葡萄糖构成，只是在连接时，葡萄糖的立体结构上稍有不同，就产生了性质完全不同的产物如果葡萄糖中参与连接的羟基是平伏的，连接后的产物是纤维素；假如葡萄糖中参与连接的那个羟基是垂直取向的，得到的多糖就变成了淀粉由此不难看出，糖类结构和性质的复杂和多变性除了葡萄糖以外，半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯及乙酰氨基葡萄糖等其它的单糖有可构成多糖（如木聚糖、甲壳素等）。

而且有些多糖，被称为杂多糖，它们含有 2 种以上的单糖例如被誉为健美食品的魔芋多糖，就是葡萄糖和甘露糖形成的杂多糖在细菌的表面起到保护作用的细胞壁中不可缺少的组分是肽聚糖青霉素之所以能抗菌，是因为它能抑制肽聚糖的合成，不能形成细胞壁，导致细菌死亡海藻类含有的海藻酸和琼脂糖是人们熟知的海洋多糖的两个代表糖类还可以和其它非糖类的分子结合，形成复合糖类例如和蛋白质一起构成糖蛋白在人的血液中有上百种蛋白质，其中不含糖的简单蛋白只有 10 种左右，而 85%以上的蛋白质都是糖蛋白鸡蛋的蛋清中存在着大量的糖蛋白，含量超过 95%细胞表面存在着许多蛋白质，这些蛋白质几乎没有例外的都是糖蛋白糖类和脂类也可形成复合糖类常见的是动物细胞表面的糖脂和一些细菌表面的脂多糖，具有许多生物功能有关糖、寡糖、壳寡糖更多的知识将在这个“壳寡糖系列讲座”中再作系统的介绍在了解壳寡糖之前，先让我们对自然界的糖有一个初步的认识四、糖的来源与分类四、糖的来源与分类 糖类化合物是植物光合作用的产物在植物体内，被吸收的二氧化碳和水在叶绿素存在下，与日光发生光合作用，生成糖类化合物并吸收了能量，同时放出氧气自然界中糖类化合物的分布和来源是非常广泛的。

在大多数糖类化合物的分子组成中，由于所含氢原子和氧原子的数目之比与水分子相同，可以看成是碳原子与水分子的结合物，因此，糖类化合物过去一直称为碳水化合物，并沿用至今但是并不是所有的糖分子中每个碳原子都连有氧原子植物是糖类化合物最重要的来源和储存形态植物干重的 80%是糖类化合物，糖类化。