20190419  周五

线性多糖（卡拉胶）的一级、二级、三级和四级结构：从随机螺旋到单螺旋再到超分子组装

Biomacromolecules (IF: 5.738，2区)

校审：朱俊向

研究背景

κ-，ι-和λ-卡拉胶是硫酸化的、带半乳糖骨架的线性多糖。它们以其离子凝胶性而闻名，广泛应用于食品、医药、化妆品和制药行业。然而，由于光散射、光谱学、热力学、流变学和微观表征等实验证据的不一致，其分子胶凝机理在过去几十年一直是争论的焦点，也存在很多假设聚集模型，如双螺旋模型、结构域模型和阳离子介导的单螺旋聚集模型。在这项工作中，作者旨在探讨离子介导的卡拉胶凝胶化机理，对不同阶段形成的不同聚集结构进行系统研究。

研究方法

通过对高分辨率原子力显微镜（AFM）单分子成像进行高分子物理统计分析，结合光谱学、广角X射线散射和流变学等技术，提供了至少两个不同种类卡拉胶离子介导的一级、二级、三级和四级结构的有力证据。

研究结果

建立了一价离子诱导的κ-卡拉胶、ι-卡拉胶和非胶凝控制的λ-卡拉胶从单链状态到较高浓度水凝胶出现的结构-性质关系。对于κ-卡拉胶，在钾离子存在情况下，首次观察到无规线卷曲向单螺旋结构的无序−有序转变（二级结构），然后观察到内聚超螺旋形成（三级结构）和网状结构一部分的宏观各向异性域（四级结构）。相反，κ-卡拉胶在钠离子的存在下只会发生二级结构的变化，而不会在凝胶形成之前形成超螺旋，这显示了该过程的离子凝胶的专一性。在氯化钠和氯化钾存在下，ι-卡拉胶可观察到松散缠绕的单螺旋结构，提供了具有多个连接区的弹性网状结构，而λ-卡拉胶则没有发生任何结构变化。

研究结论

本文表明了以卡拉胶为模型线性多糖代表的离子凝胶过程中的多个结构层次。并通过与蛋白质的类比，确定了一级、二级、三级和四级结构。这些结果促进了人们对多糖离子特异性结构变化及其物理机制的认识。

原文链接

Primary, Secondary, Tertiary and Quaternary Structure Levels in Linear Polysaccharides: From Random Coil, to Single Helix to Supramolecular Assembly. by Michael Diener, Raffaele Mezzenga (2019). https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.biomac.9b00087

学者简介