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江南大学未来食品科学中心教授、博士生导师。研究领域：从事微生物代谢工程、发酵工程优化、酶工程与技术等研究。取得的学术成就：全国优秀教师、人才项目特聘教授、国家特殊人才支持计划教学名师、新世纪“百千万人才”工程人选、国务院特殊津贴专家、教育bu创新团队负责人、科技部重点科技领域创新团队负责人、国家一流课程“生化工程”负责人。近年来共发表高水平研究论文80篇，出版专著4部；申请发明专利80件，授权发明专利70件，其中国际发明专利9件；主持或完成国家“十三五”重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、教育bu创新团队项目、“863”课题等国家和省部级项目16项；获得国家技术发明奖1项、国家科技进步二等奖1项，指导学生获第十届挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖；国务院特殊津贴专家；担任Microb Cell Fact副主编、Journal of the Science of Food and Agriculture副主编、Bioresource Technology编委。 王阳 江南大学未来食品科学中心副研究员、硕士生导师。研究领域：微生物合成生物学和代谢工程改造。取得的学术成就：德国慕尼黑大学博士，研究成果发表于Nature Communications、ACS Catalysis、Green Chemistry等期刊。申请/授权中国发明专利13件。主持了透明质酸生物合成、硫酸软骨素生物合成和长代谢途径改造等课题的国家自然科学基金、国家重点研发计划“绿色生物制造”重点专项子课题3项。 目錄： 第1章 绪 论 第1节 糖胺聚糖的种类与分布 第二节 糖胺聚糖生物学功能与应用 第三节 糖胺聚糖的生产现状 参考文献 第二章 可控分子质量透明质酸的生物制造 第1节 透明质酸的生物合成与降解 第二节 不同分子质量透明质酸的生物制造 第三节 透明质酸寡聚糖的分离制备 参考文献 第三章 磺酸化供体PAPS高效廉价生物制造 第1节 PAPS生物学功能与应用 第二节 PAPS的酶法合成 第三节 PAPS的分离纯化制备 参考文献 第四章 软骨素与硫酸软骨素的生物制造 第1节 硫酸软骨素的分类与应用 第二节 硫酸软骨素的生物合成与降解 第三节 特定结构硫酸软骨素的酶法制备 第四节 低分子质量硫酸软骨素的制备 第五节 硫酸软骨素的微生物合成 参考文献 第五章 肝素前体及肝素的生物制造 第1节 肝素类多糖的结构与应用 第二节 肝素的生物合成与降解 第三节 肝素和硫酸乙酰肝素类多糖的化学酶法合成 第四节 低分子质量肝素的酶法制备 第五节 肝素和硫酸乙酰肝素的其他生产方式 参考文献 內容試閱： 糖胺聚糖 （透明质酸、 肝素、 硫酸软骨素等） 作为一类酸性多糖广泛应用于医药、 化妆品、 材料与食品领域。 随着其基础研究的深入， 糖胺聚糖的生物学功能初步阐明， 其生物学功能与其分子质量和磺酸化水平 （透明质酸除外） 密切相关。 利用传统动物组织提取工艺生产糖胺聚糖存在产量低、 动物供体生长周期长、 抗生素滥用、 跨物种致病以及伦理道德等问题， 难以满足未来市场对糖胺聚糖质量的需求。 实现糖胺聚糖分子质量以及磺酸化水平调控并建立新型的绿色生产工艺对提升我国乃至世界功能糖制造水平和推动生物医药与大健康产业至关重要。 近年来， 生物技术蓬勃发展， 尤其是合成生物学、 酶工程与代谢工程技术的发展， 使得人类可以基于理性设计目标化合物合成代谢途径， 构建优化微生物细胞工厂， 借助发酵工程技术和酶催化技术最终实现高附加值目标化合物的绿色生物制造。 我国是功能糖制造大国， 但还不是制造强国。 虽然我们在功能糖微生物制造领域取得了一定的进展， 但是整体上我国在功能糖领域的基础与应用研究与欧美发达国家相比仍有较大差距。 过去10 余年里， 作者围绕透明质酸、 硫酸软骨素、 肝素的微生物合成、 分子质量和磺酸化调控开展了一系列的研究， 并取得了一点初步成果。 在本书中， 作者系统地对透明质酸、 硫酸软骨素、 肝素糖胺聚糖的最新研究进展与研究成果进行了梳理和总结。 本书编写分工： 康振编写了第1章 （绪论）、 第二章 （可控分子质量透明质酸的生物制造） 和第五章 （肝素前体及肝素的生物制造）； 堵国成编写了第四章 （软骨素与硫酸软骨素的生物制造）； 王阳编写了第三章 （磺酸化供体PAPS高效廉价生物制造）。 此外， 研究室在读研究生黄浩、 金学荣、 胥睿睿、 胡立涛、 张维娇、 张永淋、 郗欣彤、 胡珊、 张琳等也参与了部分章节的撰写。 近年来作者在糖胺聚糖领域取得的一些进展和成绩离不开本领域前辈、 专家的支持和鼓励。 本书编写的目的在于期望与同行一起推动我国功能糖尤其是糖胺聚糖生物制造与应用领域的进一步发展。 由于作者研究水平和知识积累有限， 书中难免存在不足之处， 敬请国内外同行学者批评指正。 康 振 江南大学生物工程学院， 2023年1月 第二节 糖胺聚糖生物学功能与应用 一、 糖胺聚糖的天然生物学功能 糖胺聚糖具有丰富多样的生物学功能。 由于己糖醛酸和磺酸基团的存在， 糖胺聚糖都以带负电的糖链形式存在， 都具有结合Na 、K 以及吸收水分子的功能。 糖胺聚糖吸水后形成水凝胶， 能够承受机械压力， 并有一定的选择透过性， 从而起到保护细胞的功能， 是胞外基质的重要组成成分。 除此之外， 糖胺聚糖具有非常复杂丰富的其他生物学功能。 １、透明质酸 透明质酸可以和透明质酸受体结合， 影响细胞与细胞的黏附、 细胞迁移、 增殖和分化等细胞行为， 同时也会参与组织创伤修复过程； 此外， 透明质酸具有很强的吸水和锁水的 能力， 起到润滑组织的作用。 ２、硫酸软骨素 硫酸软骨素能为软骨提供抵抗机械压缩的能力， 另外硫酸软骨素参与神经系统的信号传递过程， 尤其是会参与调解中枢神经的活跃度。 研究表明， 硫酸软骨素在细胞增殖、 迁移、 黏附、 凋亡、 侵袭、 胞质分离、 器官形成、 神经元可塑性及肿瘤形成、 肿瘤迁移、 增强机体免疫力等过程中具有重要的生物学功能。 ３、肝素 肝素参与抗血凝固、 炎症应答、 抗病毒或细菌感染、 胚胎发育、 细胞分化、 伤口愈合、 肿瘤转移和血管生成等多种生理过程。 肝素通常储存在肥大细胞的分泌颗粒中， 仅在组织损伤部位释放到脉管系统中， 是已知的带负电密度的生物分子。 硫酸皮肤素早被称为硫酸软骨素B。 鉴于糖胺聚糖所具有的人体天然成分的属性和重要的生理功能， 可以通过外源输入糖胺聚糖 （如注射、 食用、 外敷等） 以达到不同的应用目的。 目前应用比较多的糖胺聚糖主要是透明质酸、 硫酸软骨素和肝素。 二、 透明质酸的应用 透明质酸在空间结构上呈现独特的刚性螺旋柱形， 大量羟基的存在和连续定向排列形成了强烈的亲水性和疏水区。 同时， 在水溶液中， 线性分子链上等距离的葡萄醛酸羧基所带的负电荷相互排斥， 使透明质酸分子间相互作用形成疏松的网状结构并充斥大量的空间， 可结合于自身质量1000倍的水分。 这种特有的结构赋予了透明质酸分子强大的保水功能、 黏弹性和流变学性质。 透明质酸的应用功能主要取决于其分子质量大小。 分子量越大， 透明质酸的吸水能力就会越强， 对应的黏弹性就会增加。 １、透明质酸分子质量与活性的关系 天然状态下透明质酸的分子质量分布非常广泛， 而且不同分子质量大小的透明质酸的理化性质和生物学功能都有很大的差异。 故人们往往根据分子质量的大小将其进行分类： 超高分子质量透明质酸 （大于5000ku， 大于12500个双糖单元）、 高分子质量透明质酸（2000k～5000ku， 5000 ～12500个双糖单元）、 中等分子质量透明质酸 （100k～2000ku，250～500个双糖单元）、 低分子质量透明质酸 （10k～100ku， 25～ 250个双糖单元）、 透明质酸寡聚糖 （低于10ku， 低于25个双糖单元）。 透明质酸的功能和其分子质量直接关联， 超高分子质量透明质酸对细胞移动、 增殖、分化及吞噬功能有抑制作用并可作为一种固体填充物； 高分子质量透明质酸具有良好保湿性和抑制炎症等功能， 可用于眼科手术中作为黏弹剂和关节腔内注射治疗等用途； 中等分子质量透明质酸具有良好的保湿、 润滑作用， 被广泛用于化妆品领域； 低分子质量透明质酸和透明质酸寡聚糖具有抗肿瘤、 促进伤口愈合、 促进骨和血管生成、 免疫调节等作用，具有良好的医学应用前景。 近， 研究结果表明低分子质量透明质酸在炎症与肿瘤细胞生长和迁移中发挥重要调控作用， 透明质酸寡聚糖具有显著的促进毛细血管生成与促伤口愈合的功能。 ２、透明质酸产品分类与应用领域 根据用途和技术要求， 透明质酸分为化妆品级、 食品级和医药级。 （１） 化妆品 透明质酸具有极其强大的保水性能， 与其他保湿剂相比， 透明质酸的吸水能力可以根据环境的湿度而相应的调节， 这种独特的性能可以使皮肤在不同的环境中，根据自身的需求而相应的调节。 透明质酸分子质量也决定其在化妆品中的功效。 高分子质量透明质酸在皮肤表面形成一层膜， 能够防止外界因子对细胞造成伤害， 并且长久保持细胞湿润。 同时， 在皮肤表面形成皮肤屏障、 减少紫外线的透射， 保护皮肤免受紫外线的灼伤并促进表皮细胞的增殖分化和清除自由基。 低分子质量透明质酸可以渗入真皮， 并被机体很好的吸收， 从而起到消皱、 增加皮肤弹性以及延缓皮肤衰老等作用。 近年来高档化妆品中开始使用低分子质量透明质酸， 以实现深层保湿的效果。 此外， 由于透明质酸寡聚糖具有能够促进表皮细胞增殖、 消除氧自由基的作用， 因此也被应用于修复损伤皮肤的化妆品中。 （２） 功能食品 透明质酸在人体内随年龄的增加其含量呈递减趋势， 此时有必要补充外源性透明质酸。 一些动物组织如猪皮、 鸡冠等肉质食物能够提供部分透明质酸。 但是猪皮下组织脂肪、 固醇含量较高， 不易长期食用， 而鸡冠数量很少， 难于满足日益增长的透明质酸市场需求。 早在20世纪末， 日本就推出了一款口服透明质酸的保健食品。 目前美国、 英国、 加拿大等许多国家也都批准透明质酸作为一种保健品的原材料而使其得到广泛的认可。 2008年， 我国国家卫生部按照 《新资源食品管理方法》 的规定， 批准马链球菌发酵生产的透明质酸作为一种新资源食品可用于保健食品。 2021年， 我国卫健委批准了透明质酸钠为新食品原料， 可应用于普通食品添加。

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