一级结构

玻尿酸，即透明质酸，简称HA，一种天然存在的线性黏多糖，是由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖双糖单位重复连接成的。早在1954年，Bernard Weissman 和Karl Meyer首次确定了HA的基本化学结构。为了证实HA的结构， Meyer和他的助手进行了一系列的化学反应，包括：二糖的酯化反应、氨基葡萄糖残基氧化成氨基葡萄糖酸、葡萄糖醛酯还原成葡萄糖残基等。通过酸性条件下水解后的残基和其他因素推论氨基葡萄糖上存在乙酰基片段，即为N-乙酰氨基葡萄糖上的乙酰基；聚合物的旋光度为[α]D -70°推论单糖间的连接为β构型。另外，从酶的降解产物中分离出的寡糖的大小分布规律得出：HA是不含有其他支链或几乎无支链聚合物的一种线性单链大分子。最终得出HA的一级结构是由N-乙酰基-D-氨基葡萄糖和D-葡萄糖醛酸通过β1,3 和 β1,4 糖苷键交替连接的线性聚多糖，结构即为[-β(1,4)-D-葡萄糖醛酸-β(1,3)-N-乙酰氨基葡萄糖]n。[1, 2]

经常用玻尿酸擦脸好吗（玻尿酸的结构）(1)

图1

图1是HA的一级结构：[-β(1,4)-D-葡萄糖醛酸-β(1,3)-N-乙酰氨基葡萄糖]n

二级、三级结构

随着HA 的结构和应用上的研究进展，发现HA还存在其他更加复杂的结构，例如：二级和三级结构。HA分子在稀的溶液中，HA分子的官能团例如NH, OH, 和C=O间形成分子内氢键，这些分子内氢键使HA分子链更加稳定和牢固。另外，每个二糖单位以180°的扭转螺旋形成HA的单螺旋结构，即HA的二级结构。HA在水溶液和无水的环境中形成的氢键不同，图2 描述了二级结构的两种形式，前者为HA 在含水的二甲基亚砜溶液中形成的氢键形式，后者为在无水的二甲基亚砜中形成的氢键形式[3]。

经常用玻尿酸擦脸好吗（玻尿酸的结构）(2)

图2

图2是含水的二甲基亚砜溶液的HA二级结构（a）和无水的二甲基亚砜溶液的HA二级结构（b）。

当HA 溶液的浓度更高时，发现HA又形成了网状结构，即三级结构。不同HA分子的酰胺和羧基基团间会形成分子间氢键。另外，Scott 依据其中旋转阴影电子显微镜下所见，采用计算机模拟等手段，提出HA分子中每个三糖单位均含有一块疏水区域，这些疏水区域在以后的实验中也被证实存在。在高浓度时，HA 分子间的疏水区域的相互作用和分子间的氢键加强了HA的双螺旋结构，分子间聚合的相互作用构成了HA 的网状结构，图3演示了HA的三级结构的形成。[4-7]

经常用玻尿酸擦脸好吗（玻尿酸的结构）(3)

图3

图3是三疏水区域（阴影）和由乙酰氨基（■、□）和羧基（○and●）间形成的分子间氢键的相互作用形成了HA 的β-片状三级结构。

参考文献

  1. Weissmann B., Meyer K., The structure of hyalobiuronic acid and of hyaluronic acid from umbilical cord. J. Am. Chem. Soc., 1954, 76 (7): 1753-1757.
  2. Laurent TC. Structure of hyaluronic acid. In: Balazs EA, ed. Chemistry and the Molecular Biology of the Intracellular Matrix. Academic Press, London, 1970: 703–732.
  3. Heatley F., Scott J. E, A water molecule participates in the secondary structure of hyaluronan. [J] Biochem. J. 1988, 254: 489-493.
  4. Kuo J.W. Practical Aspects of Hyaluronan Based Medical Products[M]. CRC Press, 2006: 7.
  5. Scott J E, Heatley F. Hyaluronan forms specific stable tertiary structures in aqueous solution: a C-13 NMR study. Pro. Natl. Acad. Sci. USA 1999; 96: 4850–4855.
  6. Scott J E, Cummings C, Brass A, et al. Secondary and tertiary structures of hyaluronan in aqueous solution, investigated by rotary shadowing-electron microscopy and computer simulation. Biochem J,1991, 274: 699~705
  7. Brown M B, Jones SA. Hyaluronic acid: a unique topical vehicle for the localized delivery of drugs to the skin. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2006, 20(10): 1348-9.

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