第六章透明质酸发酵过程优化 第一节透明质酸发酵概述 、透明质酸的分布、结构、性质与应用 透明质酸( Hyaluronic acid,简称透明质酸),又名玻璃酸,是 Meyer和 Palmer于1934年 首先从牛眼玻璃体中分离出的一种高粘性物质。 balazs于1960年将透明质酸用于复杂的视网 膜脱离手术取得理想疗效后,透明质酸开始作为生化药物得到应用。透明质酸在日化工业(特 别是化妆品工业)中也有广阔的应用前景。据报道,透明质酸在国际市场上的价格为 2,000-100,000美元/kg。1985年透明质酸在国际市场上的总销售额为1亿美元,到1990年已 达2亿多美元。国外已有多家公司生产透明质酸药品,如美国的 Hyvisc,前苏联的 Luronitel, 澳大利亚的 Etamycin及瑞士的 Healon等。 (一)透明质酸的分布、结构和性质 透明质酸为白色、无定形固体,是由葡萄糖醛酸(GlcA)和N-乙酰氨基葡萄糖( GIcNAc)以 β-1,3和β-1,4糖苷键连接成的二糖单元重复构建而成的丝状高分子聚合物,其结构如图6-1-1 所示。透明质酸具有许多天然粘多糖共同的物理性质,无嗅无味,溶于水,不溶于有机溶剂, 水溶液的比旋光度为-70~-80°。 COoH CH2 OH 图6-1-1透明质酸结构示意图 自然界中,透明质酸广泛地存在于动物的各种组织内,如结缔组织、脐带、皮肤、人血 清、鸡冠、关节滑液、脑、软骨、眼玻璃体、人尿、鸡胚、兔卵细胞、动脉和静脉壁。其中 以哺乳动物的玻璃体、脐带和关节滑液中透明质酸产量最高。在这些组织中,透明质酸常与 蛋白质结合,并与其它粘多糖共存,以溶解的形式存在于玻璃体和滑液中,而以凝胶形式存 在于鸡冠和脐带中。 透明质酸的分子量在数十万到数百万之间。分子量为4×10Da的分子,链长约为10um 由于直链链轴上单糖之间氢键的作用,透明质酸分子在空间上呈刚性的螺旋柱型,半径为200 nm,柱内侧因有大量羟基而产生强亲水性:透明质酸在溶液中可亲和约为其自身重量1000倍 的水分。这些水在螺旋柱内固定不动,不易流失 透明质酸除具有强烈的亲水性外,其溶液还有着独特的流变学特性。透明质酸水溶液是 一种非牛顿流体,有着良好的粘弹性和应变性。这些性质主要取决于其分子量的大小和溶液 浓度与酸度的高低。一般来说,浓度高、分子量大,则溶液粘度也高。 Gibbs发现低浓度的透 明质酸溶液主要表现为粘性,而高浓度溶液则主要显示出弹性。在粘性与弹性之间有一个明 确的临界浓度转变点,这个点与溶液的pH值有着很大的关系 (二)透明质酸的主要用途 透明质酸在有机体内具有多种重要的生理功能,如润滑关节,调节蛋白质、水、电解质 的扩散和运转,促进创伤愈合等,因此其在临床医学上有着巨大用途,例如:透明质酸已成 为现代眼科“粘性手术”的必备药物:利用透明质酸独特的流体力学特性可治疗骨关节疾病1 第六章 透明质酸发酵过程优化 第一节 透明质酸发酵概述 一、透明质酸的分布、结构、性质与应用 透明质酸(Hyaluronic acid，简称透明质酸)，又名玻璃酸，是 Meyer 和 Palmer 于 1934 年 首先从牛眼玻璃体中分离出的一种高粘性物质。Balazs 于 1960 年将透明质酸用于复杂的视网 膜脱离手术取得理想疗效后，透明质酸开始作为生化药物得到应用。透明质酸在日化工业(特 别是化妆品工业)中也有广阔的应用前景。据报道，透明质酸在国际市场上的价格为 2,000~100,000 美元/kg。1985 年透明质酸在国际市场上的总销售额为 1 亿美元，到 1990 年已 达 2 亿多美元。国外已有多家公司生产透明质酸药品，如美国的 Hyvisc，前苏联的 Luronitel， 澳大利亚的 Etamucin 及瑞士的 Healon 等。 (一)透明质酸的分布、结构和性质 透明质酸为白色、无定形固体，是由葡萄糖醛酸(GlcA)和 N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)以 -1,3 和-1,4 糖苷键连接成的二糖单元重复构建而成的丝状高分子聚合物，其结构如图 6-1-1 所示。透明质酸具有许多天然粘多糖共同的物理性质，无嗅无味，溶于水，不溶于有机溶剂， 水溶液的比旋光度为-70~ -80。 n n>1000 图 6-1-1 透明质酸结构示意图 自然界中，透明质酸广泛地存在于动物的各种组织内，如结缔组织、脐带、皮肤、人血 清、鸡冠、关节滑液、脑、软骨、眼玻璃体、人尿、鸡胚、兔卵细胞、动脉和静脉壁。其中 以哺乳动物的玻璃体、脐带和关节滑液中透明质酸产量最高。在这些组织中，透明质酸常与 蛋白质结合，并与其它粘多糖共存，以溶解的形式存在于玻璃体和滑液中，而以凝胶形式存 在于鸡冠和脐带中。 透明质酸的分子量在数十万到数百万之间。分子量为 4106 Da 的分子，链长约为 10 m。 由于直链链轴上单糖之间氢键的作用，透明质酸分子在空间上呈刚性的螺旋柱型，半径为 200 nm，柱内侧因有大量羟基而产生强亲水性∶透明质酸在溶液中可亲和约为其自身重量 1000 倍 的水分。这些水在螺旋柱内固定不动，不易流失。 透明质酸除具有强烈的亲水性外，其溶液还有着独特的流变学特性。透明质酸水溶液是 一种非牛顿流体，有着良好的粘弹性和应变性。这些性质主要取决于其分子量的大小和溶液 浓度与酸度的高低。一般来说，浓度高、分子量大，则溶液粘度也高。Gibbs 发现低浓度的透 明质酸溶液主要表现为粘性，而高浓度溶液则主要显示出弹性。在粘性与弹性之间有一个明 确的临界浓度转变点，这个点与溶液的 pH 值有着很大的关系。 (二)透明质酸的主要用途 透明质酸在有机体内具有多种重要的生理功能，如润滑关节，调节蛋白质、水、电解质 的扩散和运转，促进创伤愈合等，因此其在临床医学上有着巨大用途，例如∶透明质酸已成 为现代眼科“粘性手术”的必备药物；利用透明质酸独特的流体力学特性可治疗骨关节疾病；