具有生物相容性的木素-碳水化合物复合体的分离提取及其酶催化模拟合成

Dehydrogenation Polymer(DHP) is a synthetic polymer most similar to protolignin. Furthermore, its chemical structure and molecular weight can be well controlled. During the dehydrogenation polymerization reaction, it is possible that DHP co-polymerize with polysaccharides to obtain a biopolymer with excellent chemical and physical characteristics. In the present research, A high efficient dehydrogenation system with lignin oxidative enzyme as catalyzer will be designed to synthesize dehydrogenation polymer (DHP)-polysaccharide complexes by simulating the LCC biosynthesis route. Lignin precursor as coniferin and polysaccharide as galactan will be used as starting material to synthesize DHP-polysaccharide complexes catalyzed by lignin peroxidase and laccase. High molecular fraction will be isolated. Moreover, the chemical structure, contents and association of lignin moieties and sugar units in the complexes will also be analyzed. The effects of species and dosage of lignin precursors, polysaccharides and lignin oxidase on yield, structure and molecular weight in the dehydrogenation polymerization system will also be elucidated. The obtained information will be helpful to develop an excellent DHP-polysaccharide complexes biopolymer.

木素脱氢聚合物（Dehydrogenation Polymer，简称DHP）是最接近原本木素的人工聚合物，而且其化学结构和分子量可控，DHP能在氧化酶催化脱氢反应过程中与聚糖发生接枝共聚得到具有良好理化性能的生物高分子。本研究拟模拟天然LCC的生物合成途径，建立一个高效的木素氧化酶催化脱氢聚合体系，在木素过氧化物酶和漆酶的催化作用下，以松柏醇葡萄糖苷等木素前驱物以及聚半乳糖等聚糖为起始物合成木素脱氢聚合物（DHP）-聚糖复合体，分离提取高分子量组分。分析DHP-聚糖复合体中聚糖和木素组分的含量、结构以及相互间的化学键连接，阐明脱氢聚合反应体系中木素前驱物、聚糖以及木素氧化酶的种类等因素对反应产物的得率、结构和分子量的影响。为开发性能优异的DHP-聚糖复合体生物高分子提供理论基础。

本项目按时完成了计划书规定的研究工作，并在原计划的基础上增加了有关DHP和LCC的构-效关系和生物相容性的等方面的研究。模拟天然 LCC 生物合成途径，建立木素过氧化物酶和漆酶催化聚合木素前驱物（松柏醇-β-D-葡萄糖苷和异丁香酚）及植物细胞壁聚糖高效聚合形成复合体的反应体系。通过研究木素过氧化物酶体系、漆酶体系对木素前驱物与阿拉伯半乳聚糖的催化聚合机理，并采用13C-NMR等手段分析了DHP以及DHP-聚糖复合体的化学结构，尤其是木素与阿拉伯半乳聚糖之间的LCC连接键。在此基础上，研究发现了DHP、DHP-碳水化合物复合体以及天然LCC对人体肝细胞具有良好的生物相容性。.（1）为了探讨木素与多糖之间的聚合反应机理，本研究以异丁香酚和松柏醇-β-D-葡萄糖苷为木素生物合成的前驱物，系统地探讨了漆酶和木素过氧化物酶催化脱氢聚合形成的木素脱氢聚合物（DHP）及其与阿拉伯半乳聚糖的聚合反应机理。采用混合法和滴加法合成DHP及DHP-阿拉伯半乳聚糖复合体,并采用红外光谱、13C-NMR波谱分析聚合产物的结构。13C-NMR波谱分析结果表明：DHP中以β-O-4，β-β，β-5和β-1等结构为主，DHP-阿拉伯半乳聚糖复合体的中既有来自木素的芳香核碳原子的信息，也有来自阿拉伯半乳聚糖的共振信号，而且DHP和聚糖之间存在醚键、酯键和缩醛键的连接。.（2）为了了解DHP以及不同半乳糖含量的DHP-碳水化合物复合体作为生物载体材料的生物相容性，DHP和阿拉伯半乳聚糖通过缩水甘油醚的交联，得到半乳糖含量为0-7%的木素-碳水化合物复合体，并用于人体肝细胞的培养。结果表明：以DHP和半乳糖含量为1%的DHP-碳水化合物复合体为原料的多孔材料上培养的人体肝细胞分泌的白蛋白和血尿素氮明显高于空白实验。DHP以及DHP-碳水化合物复合体有较好的生物相容性。.（3）分析了来自银杏、杨木和小麦秸秆的三种水可溶性LCC以及三种水不溶LCC对人体肝细胞的生物相容性。将上述LCC样品用于肝细胞体外培养，加入LCC培养的人肝细胞L-02的代谢活性（ALB分泌、BUN合成和GLUCOSE代谢）始终高于空白实验，表明来自银杏、杨木、小麦秸秆的LCC与人肝细胞L-02具有较高的生物相容性。