糖药物之海藻糖课件.ppt

1、 海藻糖海藻糖 2013级药学一班侯婷婷2013级一班XXX糖药物糖药物海藻糖基本介绍基本介绍研究与应用研究与应用生物学特性生物学特性 海藻糖是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的非还原性糖，有3种异构体即海藻糖（，）、异海藻糖（，）和新海藻糖（，），并对多种生物活性物质具有非特异性保护作用。科学家们发现，沙漠植物卷叶柏在干旱时几近枯死，遇水后却又可以奇迹般复活；高山植物复活草能够耐过冰雪严寒。一些昆虫在高寒、高温和干燥失水等条件下不冻结、不干死，就是它们体内的海藻糖创造的生命奇迹。海藻糖因此在科学界素有“生命之糖”的美誉。国际权威的自然杂志曾在2000年7月发表了对海藻糖进行评价的专文，文

2、中指出：“对许多生命体而言，海藻糖的有与无，意味着生命或者死亡”。基基本本介介绍绍生物学特性稳定生物膜和稳定生物膜和蛋白质的结构蛋白质的结构保护生物体免受保护生物体免受热和干燥的损伤热和干燥的损伤保护生物体免受保护生物体免受氧化应激的损伤氧化应激的损伤 保护生物体免受保护生物体免受缺氧的损伤缺氧的损伤 海藻糖的海藻糖的生物学特性生物学特性 目前已公认，海藻糖能稳定生物膜和目前已公认，海藻糖能稳定生物膜和蛋白质的结构，对生物大分子有保护作用。蛋白质的结构，对生物大分子有保护作用。其作用机制主要有其作用机制主要有3 3种假说解释，分别是种假说解释，分别是“水替代水替代”假说、假说、“玻璃态玻璃态”

3、假说和假说和“优优先排阻先排阻”假说，这些假说基本上都认为海假说，这些假说基本上都认为海藻糖的这种保护作用与海藻糖和生物大分藻糖的这种保护作用与海藻糖和生物大分子形成子形成“分子复合物分子复合物”有关。有关。稳定生物膜和蛋白质的结构稳定生物膜和蛋白质的结构 海海藻藻糖糖的的生生物物学学特特性性保护生物体免受热和干燥的损伤保护生物体免受热和干燥的损伤有些生物体（如一种蚊）能耐受完全干燥的环境，有些能耐受有些生物体（如一种蚊）能耐受完全干燥的环境，有些能耐受热激，而生物体本身不受任何损伤，其中很重要的原因就是这热激，而生物体本身不受任何损伤，其中很重要的原因就是这些生物体能在极端的条件下积累大量的

4、海藻糖。些生物体能在极端的条件下积累大量的海藻糖。采用转基因技术将海藻糖生物合成基因转入动植物细胞中，可采用转基因技术将海藻糖生物合成基因转入动植物细胞中，可提高细胞对干旱和干燥的耐受。实验表明一种转基因稻中海藻提高细胞对干旱和干燥的耐受。实验表明一种转基因稻中海藻糖的含量是非转基因稻的糖的含量是非转基因稻的2 21010倍，在盐、干旱和低温等胁迫倍，在盐、干旱和低温等胁迫条件下，此转基因稻能更好的调节矿物质的平衡，较少受到损条件下，此转基因稻能更好的调节矿物质的平衡，较少受到损伤，能正常生长。正常的人纤维母细胞对干燥非常敏感，而转伤，能正常生长。正常的人纤维母细胞对干燥非常敏感，而转基因人纤

5、维母细胞在干燥的环境中能存活基因人纤维母细胞在干燥的环境中能存活5d35d3。海藻糖可有效地降低角膜上皮细胞在干燥环境中的死亡率，保海藻糖可有效地降低角膜上皮细胞在干燥环境中的死亡率，保护角膜组织。护角膜组织。MatsuoMatsuo等等44采用不同条件预培养人体角膜上皮采用不同条件预培养人体角膜上皮细胞细胞15 min15 min，再将细胞置于室温、室内湿度的环境中干燥，再将细胞置于室温、室内湿度的环境中干燥30 30 minmin，经荧光染色观察存活和死亡细胞数目。结果用海藻糖溶，经荧光染色观察存活和死亡细胞数目。结果用海藻糖溶液预培养的角膜上皮细胞在干燥环境中的死亡率显著降低。液预培养的

6、角膜上皮细胞在干燥环境中的死亡率显著降低。海海藻藻糖糖的的生生物物学学特特性性神奇的耐旱植物神奇的耐旱植物“九死还魂草九死还魂草”这种植物学名叫卷柏这种植物学名叫卷柏,又又叫叫“九死还魂草九死还魂草”，之，之所以叫这个名字，是因所以叫这个名字，是因为在干旱季节它们能抛为在干旱季节它们能抛弃体内弃体内70%以上的水分，以上的水分，一旦雨水降临，就立马一旦雨水降临，就立马回复绿意和生机，就像回复绿意和生机，就像变戏法一样。虽然，抗变戏法一样。虽然，抗干旱的功夫了得，但是干旱的功夫了得，但是这种植物却不是什么与这种植物却不是什么与尘世隔绝的仙草，在很尘世隔绝的仙草，在很多山头上都有它们的身多山头上都

7、有它们的身影。影。卷柏之所以能抗干旱，是因为这些草（确切地卷柏之所以能抗干旱，是因为这些草（确切地讲是蕨类植物）的细胞里可以生产抵御干旱的物讲是蕨类植物）的细胞里可以生产抵御干旱的物质质海藻糖（由两个葡萄糖分子合成）。不管是海藻糖（由两个葡萄糖分子合成）。不管是动物还是植物细胞内都有一个微小的水环境，各种动物还是植物细胞内都有一个微小的水环境，各种细胞器、蛋白质都漂浮其间，就像水草、金鱼漂浮细胞器、蛋白质都漂浮其间，就像水草、金鱼漂浮在水族箱里一样。一旦脱水，里面的东西自然挤成在水族箱里一样。一旦脱水，里面的东西自然挤成一团，那生产代谢工作的流水线就完全被破坏，细一团，那生产代谢工作的流水线就

8、完全被破坏，细胞也难逃死亡的厄运。而卷柏的海藻糖，正是帮助胞也难逃死亡的厄运。而卷柏的海藻糖，正是帮助它们的细胞在脱水时维持较为稳定它们的细胞在脱水时维持较为稳定“流水线流水线”的结的结构，以等待甘霖降落。构，以等待甘霖降落。顺便说一句，不光是卷柏，有些动物也有类似顺便说一句，不光是卷柏，有些动物也有类似的绝招。生活在非洲的一种摇蚊的幼虫也能在体内的绝招。生活在非洲的一种摇蚊的幼虫也能在体内合成海藻糖，从而抵抗干旱，甚至能以这种状态在合成海藻糖，从而抵抗干旱，甚至能以这种状态在宇宙真空条件下生存至少一年。宇宙真空条件下生存至少一年。海藻糖是一潜能的自由基清除剂，可保护白假丝酵母菌和酿海藻糖是一

9、潜能的自由基清除剂，可保护白假丝酵母菌和酿酒酵母免受氧化应激的损伤。海藻糖缺陷型白假丝酵母菌突酒酵母免受氧化应激的损伤。海藻糖缺陷型白假丝酵母菌突变株对严重的氧化应激（暴露于变株对严重的氧化应激（暴露于H2O2H2O2环境）极其敏感，而野环境）极其敏感，而野生型在此环境中却能积累大量的海藻糖，存活率较高。酿酒生型在此环境中却能积累大量的海藻糖，存活率较高。酿酒酵母在轻度热激酵母在轻度热激(38)(38)条件下，体内海藻糖积累，再使其处条件下，体内海藻糖积累，再使其处于氧化应激环境，细胞的活性明显提高，当恢复其正常生长于氧化应激环境，细胞的活性明显提高，当恢复其正常生长条件，海藻糖的含量及其对氧

10、化应激的耐受迅速降低至原来条件，海藻糖的含量及其对氧化应激的耐受迅速降低至原来的水平。与野生型相比，海藻糖合成缺陷酿酒酵母突变株对的水平。与野生型相比，海藻糖合成缺陷酿酒酵母突变株对氧化应激较为敏感，即使受短暂的氧化应激，其体内的损伤氧化应激较为敏感，即使受短暂的氧化应激，其体内的损伤蛋白质亦会明显增多。但是，在培养基中加入海藻糖则能提蛋白质亦会明显增多。但是，在培养基中加入海藻糖则能提高突变株对氧化应激的耐受。氧自由基可使细胞蛋白质中的高突变株对氧化应激的耐受。氧自由基可使细胞蛋白质中的氨基酸受损而导致对细胞的损伤，而细胞中高浓度的海藻糖氨基酸受损而导致对细胞的损伤，而细胞中高浓度的海藻糖可

11、防止这种损伤。这表明海藻糖具有氧自由基清除剂的作用。可防止这种损伤。这表明海藻糖具有氧自由基清除剂的作用。海藻糖能否减少氧自由基对哺乳动物细胞的损伤还有待于进海藻糖能否减少氧自由基对哺乳动物细胞的损伤还有待于进一步证实。一步证实。保护生物体免受氧化应激的损伤保护生物体免受氧化应激的损伤 海海藻藻糖糖的的生生物物学学特特性性动物组织在遭受动物组织在遭受5 510 min10 min的严重缺氧或缺血，就会受到不可逆转的损的严重缺氧或缺血，就会受到不可逆转的损伤，而果蝇属动物处在完全氮气的环境中伤，而果蝇属动物处在完全氮气的环境中4 h4 h却不受损伤，这与果蝇属却不受损伤，这与果蝇属动物体内海藻糖

12、的浓度较高密切相关。研究者将动物体内海藻糖的浓度较高密切相关。研究者将tps1tps1基因（海藻糖基因（海藻糖-6-6-磷酸合酶基因），导入苍蝇体内，使其过分表达，结果苍蝇体内海藻磷酸合酶基因），导入苍蝇体内，使其过分表达，结果苍蝇体内海藻糖水平提高，而且对缺氧的耐受性增加。体外实验还表明，海藻糖可糖水平提高，而且对缺氧的耐受性增加。体外实验还表明，海藻糖可减少由于缺氧而导致的蛋白质（如减少由于缺氧而导致的蛋白质（如Na+/K+ATPNa+/K+ATP酶）聚集。酶）聚集。海藻糖可保护哺乳动物细胞免受缺氧的损伤。研究者用重组质粒将海藻糖可保护哺乳动物细胞免受缺氧的损伤。研究者用重组质粒将tps1

13、tps1基因转入到人的基因转入到人的HEK-293HEK-293细胞中，在葡萄糖缺少的条件下培养细胞，细胞中，在葡萄糖缺少的条件下培养细胞，转入转入tps1tps1基因的基因的HEK-293HEK-293细胞（细胞（HEK-dtps1HEK-dtps1细胞）并没有代谢细胞内的细胞）并没有代谢细胞内的海藻糖，在缺氧条件下，细胞内的海藻糖反而增多，对缺氧的耐受性海藻糖，在缺氧条件下，细胞内的海藻糖反而增多，对缺氧的耐受性增加。为探讨海藻糖保护细胞免遭缺氧损伤的作用机制，研究者分析增加。为探讨海藻糖保护细胞免遭缺氧损伤的作用机制，研究者分析了蛋白质的溶解性和了蛋白质的溶解性和ubiquitinate

14、dubiquitinated蛋白的数量，结果处于低氧条件下蛋白的数量，结果处于低氧条件下3 d3 d，HEK-293HEK-293细胞中的不溶性蛋白质是细胞中的不溶性蛋白质是HEK-dtps1HEK-dtps1的的3 3倍，不溶性蛋白倍，不溶性蛋白质和质和ubiquitinatedubiquitinated蛋白的数量显著增加，而蛋白的数量显著增加，而HEK-dtps1HEK-dtps1细胞无明显变细胞无明显变化。海藻糖保护细胞免遭缺氧损伤的作用机制，可能与海藻糖化。海藻糖保护细胞免遭缺氧损伤的作用机制，可能与海藻糖-蛋白质蛋白质的相互作用减少蛋白质变性有关。的相互作用减少蛋白质变性有关。保护生

15、物体免受缺氧的损伤保护生物体免受缺氧的损伤 海海藻藻糖糖的的生生物物学学特特性性食品工业食品工业中的应用中的应用医药领域医药领域中的应用中的应用化妆品中化妆品中的应用的应用研究与应用糖药物糖药物 性质性质1：防止淀粉老化防止淀粉老化海藻糖在防止淀粉老化方面效果极佳，因此运用在年糕，面类，米饭，奶油类，海藻糖在防止淀粉老化方面效果极佳，因此运用在年糕，面类，米饭，奶油类，调味汁和炸饼等使用淀粉的食品方面很有效，尤其在低温和冷冻条件下其效果调味汁和炸饼等使用淀粉的食品方面很有效，尤其在低温和冷冻条件下其效果更明显。更明显。海藻糖食品工业中的应用海藻糖食品工业中的应用性质性质2：防止蛋白质性质变化防

16、止蛋白质性质变化海藻糖在冷冻，冷藏，烘干时防止蛋白质性质变海藻糖在冷冻，冷藏，烘干时防止蛋白质性质变性质性质3：抑制脂肪腐烂抑制脂肪腐烂脂肪在酸化或受到加水分解时会导致产生过酸化物或发挥性醛等，会影响食品口脂肪在酸化或受到加水分解时会导致产生过酸化物或发挥性醛等，会影响食品口味甚至导致无法食用。大部分食品多多少少含有脂肪，抑制脂肪变质是保证食品味甚至导致无法食用。大部分食品多多少少含有脂肪，抑制脂肪变质是保证食品质量的重要环节。海藻糖在此环节能发挥其抑制脂肪变质的效果。质量的重要环节。海藻糖在此环节能发挥其抑制脂肪变质的效果。性质性质4：矫味，矫香作用矫味，矫香作用少量添加一些物质，方调整食品

17、口味和香味，这种现象叫做矫味，矫香作用。若把少量添加一些物质，方调整食品口味和香味，这种现象叫做矫味，矫香作用。若把海藻糖少量添加在食品材料里，就可起到广泛的矫味，矫香作用。海藻糖少量添加在食品材料里，就可起到广泛的矫味，矫香作用。性质性质5：抑制产生鱼腥味抑制产生鱼腥味例如烤青鱼时会产生很难闻的三甲胺气体。加热之前添加海藻糖会抑制三甲胺气例如烤青鱼时会产生很难闻的三甲胺气体。加热之前添加海藻糖会抑制三甲胺气体的产生，减轻其腥味。体的产生，减轻其腥味。性质性质6：细胞组织安定化和保持鲜度效果细胞组织安定化和保持鲜度效果烘干解冻动植物时细胞组织会失去水分，海藻糖代替水分起保鲜作用，保持蔬菜，烘干

18、解冻动植物时细胞组织会失去水分，海藻糖代替水分起保鲜作用，保持蔬菜，肉类，水果类的鲜度。肉类，水果类的鲜度。海藻糖在化妆品上的应用是基于其具有优异的保持细胞活力和生物大分子活性海藻糖在化妆品上的应用是基于其具有优异的保持细胞活力和生物大分子活性的特性的特性。皮肤细胞，尤其是表皮细胞在高温、高寒、干燥、强紫外线辐射等环境。皮肤细胞，尤其是表皮细胞在高温、高寒、干燥、强紫外线辐射等环境下，极易失去水分发生角质化，甚至死亡脱落使皮肤受损。海藻糖在这种情况下下，极易失去水分发生角质化，甚至死亡脱落使皮肤受损。海藻糖在这种情况下能够在细胞表层形成一层特殊的保护膜，从膜上析出的粘液不仅滋润着皮肤细胞，能够

19、在细胞表层形成一层特殊的保护膜，从膜上析出的粘液不仅滋润着皮肤细胞，还具有将外来的热量辐射出去的功能。从而保护皮肤不致受损。随着人们对海藻还具有将外来的热量辐射出去的功能。从而保护皮肤不致受损。随着人们对海藻糖功能和作用的认识，海藻糖作为新一代的超级保湿因子将成为化妆品市场消费糖功能和作用的认识，海藻糖作为新一代的超级保湿因子将成为化妆品市场消费的一个热点。目前，国内外已有不少厂家成功将海藻糖添加到化妆品中。的一个热点。目前，国内外已有不少厂家成功将海藻糖添加到化妆品中。超级防晒保湿因子超级防晒保湿因子海藻糖海藻糖大量的研究与实践表明，海藻糖能有效地保护表皮细胞膜结构，活化细胞，大量的研究与实

20、践表明，海藻糖能有效地保护表皮细胞膜结构，活化细胞，调理肌肤，令肌肤健康自然、有弹性。表皮细胞在高温、高寒、干燥、强紫外线调理肌肤，令肌肤健康自然、有弹性。表皮细胞在高温、高寒、干燥、强紫外线辐射等环境下，极易失去水分而使皮肤受损，海藻糖在这种情况下能够在细胞表辐射等环境下，极易失去水分而使皮肤受损，海藻糖在这种情况下能够在细胞表层形成一层特殊的保护膜，保持皮肤原有营养和水分，避免皮肤晒伤及黑色素沉层形成一层特殊的保护膜，保持皮肤原有营养和水分，避免皮肤晒伤及黑色素沉淀，有效抵抗皮肤老化现象；从膜上析出的粘液可温和滋润肌肤，使肌肤莹亮、淀，有效抵抗皮肤老化现象；从膜上析出的粘液可温和滋润肌肤，

21、使肌肤莹亮、光泽、柔嫩。光泽、柔嫩。目前国内外一些比较著名的化妆品企业，如目前国内外一些比较著名的化妆品企业，如范思哲范思哲系列化妆品、雪白系列化系列化妆品、雪白系列化妆品、妆品、草木年华草木年华海藻糖活泉补水系列化妆品等都已将产品中的海藻糖作为产品宣海藻糖活泉补水系列化妆品等都已将产品中的海藻糖作为产品宣传的重点内容。传的重点内容。海藻糖在化妆品中的应用海藻糖在化妆品中的应用 海藻糖可应用于研究用生物试剂的保存 例如各种工具酶、细胞膜、细胞器、抗体、抗原及病毒等等，使得生命科学研究更为方便快捷有效，英国大学Camilo.C等详细的研究了海藻糖对DNA限制性内切酶DNA连接酶和DNA聚合酶的保

22、护作用，结果表明，所有加入海藻糖干燥的酶样，在70保存35天或在37保存9个月后，其活力并无损失，仍能精确的将DNA截断。我国中科院微生物研究所应用海藻糖干燥制备、用于人血清胆固醇测定的三种诊断工具酶，在室温下长期保存后，活性保持率都在90%以上，现已成功的进入于临床应用。这是目前其它种类的保护剂都不可能达到的效果，利用海藻糖作为诊断工具酶等生物试剂的稳定剂和保护剂，可置于常温条件下干燥并保存，不仅简化了生物试剂的制备过程，也给我国幅员广大的农村地区患者的疾病诊治带来便利。海藻糖在医药领域中的研究与应用 海藻糖在医药领域中的研究与应用保存组织、器官 移植物的缺乏和缺血再灌注损伤是器官移植中存在

23、的严重问题，有效保存移植物是解决这一问题的主要办法之一。动物实验表明，对犬肺进行12 h的保存移植后，用含海藻糖的器官保存液保存的肺的肺泡氧分压明显高于不含海藻糖的器官保存液。犬气管在含有海藻糖的保存液中低温保存9个月，移植后存活2个月而未发现并发症。文献报道，使用含海藻糖的器官保存液（ET-Kyoto）保存肺（缺血长达413 min），成功地对肺气肿患者进行了肺移植。临床应用器官保存液ET-Kyoto已成功地对5例患者进行了肺移植。ET-Kyoto还用于12例肾移植、9例截肢再植入患者，临床效果满意。含有海藻糖的器官保存液的开发，延长了器官保存时间，将有利于增加供体的贮库，提高器官移植的选择

24、性。海藻糖在医药领域中的研究与应用降低黏膜给药刺激 海藻糖无毒副作用，作为药用辅料用于滴鼻液中，可降低药物对鼻黏膜的刺激，尤其是对鼻黏膜刺激性强的药物。Mizumachi等将市售的两种滴鼻液中分别加入5的海藻糖，结果两药对鼻黏膜的刺激指数分别由原来的2.2和1.8降到0.2和0.4。滴鼻液中海藻糖的加入大大降低了药物对鼻黏膜的刺激，而不影响透皮吸收促进剂的吸收促进作用。海藻糖也可用于黏膜给药的其他药物制剂，以减少药物对黏膜的刺激。海藻糖在医药领域中的研究与应用治疗眼干燥综合症治疗亨廷顿病保存血细胞、生殖细胞及其他细胞替代血浆蛋白作为血液制品、疫苗、淋巴细胞、细胞组织等生物活性物质的稳定剂制备固体医药品 谢谢谢谢THE END