蔗渣木聚糖微观结构的分子动力学模拟.pdf

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1、第3O卷第3期分子科学学报Vol

2、3ONO．32O14年6月JOuRNALOFMOLECUIARSCIENCEJune2014[文章编号110009035(2014)03—0232—08蔗渣木聚糖微观结构的分子动力学模拟李和平，袁金伟，黄云燕，杨官威(桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心，化学与生物工程学院，广西桂林541004)[摘要]在对木聚糖来源及其结构进行分类比较的基础上，采用分子动力学模拟方法及MaterialsStudio4．0软件对蔗渣木聚糖及木糖单元等进行微观模拟计算．通过原子净

3、电荷、电子密度和Fukui函数分析等分析方法，对蔗渣木聚糖的木糖单元进行结构优化，得到了蔗渣木聚糖的木糖单元优化构型的键长、键角和电荷密度．木糖单元原子的Hirshfeld净电荷与Fukui函数分析数据表明，木糖单元的活性中心主要在C(3)上的羟基位置，且羟基氧原子易受亲电试剂的攻击，羟基氢原子易受亲核试剂的攻击．对蔗渣木聚糖单分子链及无定形结构进行模拟，得到了蔗渣木聚糖的微观结构模型，显示蔗渣木聚糖分子具有链状结构，大致呈螺旋状．获得了蔗渣木聚糖的最优化无定形结构，并通过计算得到了其最优化无定形

4、结构的X射线衍射图谱．研究结果为系统探讨蔗渣木聚糖及其衍生物的结构与性能关系奠定了基础．[关键词]蔗渣木聚糖；分子动力学模拟；微观结构模型；无定形结构[中图分类号]O636[学科代码]150·30[文献标识码]A0引言生物质资源蔗渣木聚糖由于具有良好的生物相容性、可降解性和一定的抗癌、抗氧化、抗炎、止咳、降血压、免疫调节等生物功能，近年来引起了人们的研究兴趣，其结构同样引人关注．虽然早在1951年，人们就开始对木聚糖的结构进行研究j，但直到2O世纪90年代以后，随着高新分析技术(高级NMR)和计算

5、机技术的发展并在分子结构上的应用[】，木聚糖的微观结构才取得一定进展．Viana等采用甲基化分析方法和1D，2D核磁共振技术分析了木聚糖链的构象，发现木聚糖的链为螺旋有序结构．王海等通过薄层层析、离子色谱和红外光谱及溶解率对玉米芯木聚糖和商品桦木木聚糖的结构进行测定，发现水不溶性玉米芯木聚糖主要为直链型木聚糖，支链少；醇不溶性玉米芯木聚糖有直链和支链型木聚糖，支链较多；桦木木聚糖有直链和支链型木聚糖，支链较多．Fundador等通过核磁共振等技术对木聚糖的结构鉴定发现C(2)和C(3)位置活性最高

6、．上述文献是通过仪器测试的方法对木聚糖的链状结构进行的研究，主要针对不同结构木聚糖作为碳源产生木聚糖酶的作用研究，并没有得出其基础物性参数，也没有对其单元结构及无定形结构进行系统的研究．因此，为了解决以上问题，获得蔗渣木聚糖的微观结构及基础物性参数，本研究选择参数精确、预测振动频率准确的COMPASS¨g。叫力场作为计算力场，采用计算机技术模拟脱水蔗渣木聚糖木糖单元的微观结构，讨论蔗渣木聚糖单元的电荷分布和反应活性中心，并且对蔗渣木聚糖的单链及无定形结构进收稿日期：2O13-1卜13基金项目：广西

7、矿冶与环境科学实验中心资助项目(KH2013YB013)；桂林市科学研究与技术开发项目(201101053)联系人简介：李和平(1961一)，男，教授，工学博士，主要从事精细化工与功能高分子材料研究．E-mail：lhpp2008@163．tom第3期李和平，等：蔗渣木聚糖微观结构的分子动力学模拟233行模拟，从而增强对蔗渣木聚糖的结构了解，为蔗渣木聚糖及其衍生物结构与性能关系的进一步研究提供指导．1木聚糖的基本结构与分类木聚糖来源丰富、广泛，并且结构复杂，在自然界中的存在形式一般为异聚多糖，是由

8、(1—4)一糖苷连接木糖单元而成的链状结构，侧链由很多短的取代基构成，如D一葡萄糖醛酸或它的4一O一甲醚、L一阿拉伯糖或各种各样的寡糖、D木糖，L一阿拉伯糖残基、D或L一半乳糖、D葡萄糖等．我们对其进行大致分类，主要包括线性均一木聚糖、葡糖醛酸木聚糖、(阿拉伯)葡糖醛酸木聚糖、(葡糖醛)阿拉伯木聚糖、阿拉伯木聚糖、复杂异木聚糖等．真正的线性均一木聚糖存在于掌藻目和海索面目的红海藻中，它是由(1—3)一糖苷，或(1—3，1—4)一糖苷连接六环木糖组成的链状结构．线性均一木聚糖可分成两种类型，即X型和

9、X。型．其主要结构如图1和2所示．：．0HOH．uH／。、0o、-_-u图1x型卢-(1—3，1—4)一D-木聚糖主要结构。＼图2)(3型(1—3)-上)_木聚糖主要结构葡糖醛酸木聚糖是硬木中一种主要的半纤维素，主链长度相对较长，平均有15o～200个木糖残基，大多数的葡糖醛酸木聚糖有单一的4-O一甲基一一吡喃糖醛酸残基加在六环木糖单元的2号位置，这种结构类型通常被命名为4-0一甲基～D葡萄糖醛酸一D一木聚糖，如图3所示．Mf(~H~tZ-。／图34-‘)_甲基一葡糖醛匪叠-_D-