酶催化基于纳米颗粒的固相合成寡糖策略

Oligosaccharides play important roles in biological system, therefore, the synthesis of oligossachairdes is critical to analyze the biological roles of oligosaccharides in living system. The pathways for synthesizing oligosaccharides are including chemical synthesis and enzymatic synthesis. Traditional chemical synthesis of oligosacharides, including multiple protection and deprotection processes, causes the synthetic processes quite complicated. The application of solid-phase in chemical syntheses makes the purification processes much easier, however, due to the nature of heterogeneous of solid-phase reaction, a lot of reagents and reaction donors have to be added to increase the reaction yield. Hence, we are proposing the synthesis of oligosaccharides by using the enzymatic catalysis with the conjunction of nanoparticle as the solid-phase. Enzymatic synthesis of oligosaccharides by using glycosytransferase has high stereoselectivity and regioselectivity, which can use the unprotected sugar moiety, avoiding the fussy protecting steps. Compared with the normal solid-phase, nanoparticle has the perfect property like small size, good dispersibility. Therefore, the synthesis of oligosaccharide by enzymatic catalysis with the nanoparticle as the solid-phase not only can simplify the purification process but also can avoid the disadvantage of solid-phase by making the reaction homogeneous due to the good dispersibility.

在传统的化学方法合成寡糖研究中，单糖的保护及脱保护步骤繁多，且反应产物多样化，使得合成过程耗时耗力。将固相应用在寡糖合成中，简化了传统合成中繁琐的分离步骤，只需在反应的最后一步对产物进行分离纯化。然而固相反应的非均相性质，合成中需使用多倍的反应试剂和供体来提高反应产率。为了克服传统合成中繁琐的保护与脱保护以及常规的固相非均相反应的缺点，本项目拟使用纳米颗粒为固相，进行酶催化合成寡糖。酶催化合成寡糖中使用的糖基转移酶对糖苷链的合成具有高度的区域选择性和立体选择性等，可直接采用未保护的糖基供体和受体，避免了用复杂的化学手段合成被保护的糖基。由于纳米颗粒的粒径小，具有很好的分散性，能在溶液中均相反应。因此使用纳米颗粒为固相的酶催化反应，既具有固相合成中易分离的优点，又能避免常规固相反应中非均相的缺点。该研究将为寡糖的合成提供一个新的方法。

传统的寡糖合成由糖砌块经糖基化联接而成。由单糖合成糖砌块需经多步的保护及脱保护反应，且反应产物多样化。繁琐的产物纯化过程使得合成耗时耗力。寡糖的固相合成尽管可以简化分离步骤，但因固相反应的非均相性质，合成中需使用多倍的反应试剂和糖基供体来提高反应产率。为了既克服传统合成中保护和脱保护步骤及纯化过程繁琐的缺点，又克服常规固相合成非均相反应的缺点，本项目提出使用纳米颗粒为固相，由酶催化糖基化反应来合成寡糖。由于酶催化的糖基化具有高度的区域选择性和立体选择性，所以可直接采用未保护的糖基供体和受体。由于纳米颗粒的粒径小，具有很好的分散性，能在溶液中均相反应。因此使用纳米颗粒为固相的酶催化反应，既具有固相合成中间产物易分离的优点，又能避免反应体系非均相的缺点。我们首先用聚乙烯醇包覆的四氧化三铁纳米粒子进行了尝试，用乙氧基链联接桥将糖基受体联接在纳米粒子表面。然而，实验表明，一方面由于该纳米粒子粒径大，比表面积小，只能负载较小量的糖基受体；另一方面无论利用磁性还是离心的方式，都难以使得这种纳米粒子聚集被分离。所以该方法无实用价值。然后我们用金纳米粒子进行尝试，乙氧基联接桥一端通过硫金键联接金纳米粒子，另一端通过苯巯基联接糖基受体。实验表明，该纳米粒子可以负载较大量的糖受体，且通过离心容易分离，酶催化的糖基化反应顺利，合成得到的寡糖用活化苯巯基的方法可以方便地从连接链上断裂。所以初步结果表明，酶催化的基于金纳米颗粒的固相合成寡糖策略具有较大的实用价值。