链柔性与分支结构对阿拉伯半乳聚糖溶液构象的影响机制研究

研究人员针对阿拉伯半乳聚糖（AG）在溶液中的构象特性不明确的问题，通过SAXS（小角X射线散射）、DLS（动态光散射）和粘度测量技术，对比分析了线性（LG）与高分支（LAG60、JSP-1a）阿拉伯半乳聚糖的构象差异。研究发现LG的Kuhn链段长度为2.80 nm，表明其具有较高柔性；而LAG60和JSP-1a的构象符合超支化链模型，揭示了分支结构对AG溶液行为的调控机制。该研究为植物多糖构效关系研究提供了新见解。

　　

阿拉伯半乳聚糖（Arabinogalactan, AG）是植物细胞壁中广泛存在的一类多糖，参与细胞生长、信号传导等关键生物学过程。然而，其复杂的链柔性与分支结构如何影响溶液构象，长期以来缺乏系统性研究。这一问题不仅关乎多糖的物理化学性质理解，更与AG的免疫调节、乳化等功能应用密切相关。

为解决这一科学问题，日本大阪大学Ken Terao团队在《Carbohydrate Polymers》发表研究，通过多尺度分析技术揭示了AG的构象规律。研究人员选取三种典型AG样本：线性1,4-β-d-半乳聚糖（LG）、高分支落叶松AG（LAG60）和茉莉花茶源AG（JSP-1a），结合核磁共振（NMR）确认其一级结构后，采用SAXS、DLS和粘度测量系统表征溶液行为。

关键技术方法

研究通过SEC-MALS（尺寸排阻色谱-多角度光散射联用）测定分子量，SAXS获取构象参数，DLS分析流体力学半径，并结合粘度实验计算Flory粘度因子。样本包括商业化的LG和LAG60，以及从茉莉花茶加工废料中提取的JSP-1a。

研究结果

3.1 化学结构分析

NMR和单糖组成分析证实：LG以1,4-β-d-半乳吡喃糖为主链（阿拉伯糖占比3.9%），LAG60为1,3-β-d-半乳糖骨架（分支度38-100%），JSP-1a则含33.9%阿拉伯糖和1,6-半乳糖主链。

3.2 溶液维度特性

SAXS数据显示LG的旋转半径（R_g）与柔性线性多糖（如普鲁兰糖）相当，而LAG60的R_g更接近高度支化的糖原。JSP-1a的构象紧凑性介于两者之间，印证其"中度支化"特征。

3.3 分支结构解析

通过蠕虫链模型拟合，LG的Kuhn链段长度（L_K）为2.80 nm，显著低于1,4-己糖主链多糖。超支化模型分析显示，排除单糖侧链贡献后，LAG60（分支点1/C=96）和JSP-1a（1/C=25）的SAXS数据与理论曲线高度吻合。

3.4 流体力学性质

LG的R_g/R_H比值（1.75）符合线性链特征，而LAG60（≈1.0）和JSP-1a（1.25-1.32）则呈现典型超支化行为。Flory粘度因子Φ进一步证实LAG60的"类球状"紧凑构象。

结论与意义

该研究首次定量揭示了AG链柔性与分支结构的构象调控规律：1）1,4-β-d-半乳糖主链比1,3/1,6-连接型更具柔性；2）短分支（≥二糖）显著影响AG的溶液行为；3）建立的超支化模型可有效预测复杂AG构象。这些发现为植物多糖在药物递送、食品乳化等领域的应用提供了理论依据，特别是JSP-1a的构象解析为其免疫活性机制研究奠定了基础。