果膠結(jié)構(gòu)域精細結(jié)構(gòu)研究進展

易建勇，畢金峰*，劉 璇，呂 健，周 沫，吳昕燁，趙圓圓，杜茜茜

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室，北京 100193）

果膠是存在于植物細胞壁或黏液中的一類酸性雜多糖物質(zhì)，對于植物組織結(jié)構(gòu)和特定功能具有重要意義，例如調(diào)控細胞壁的完整性、孔隙度、果實的硬度[1]，維持植物對病原菌的抵抗能力等。果膠分子結(jié)構(gòu)也與其功能密切相關(guān)，一方面果膠結(jié)構(gòu)與其凝膠、乳化、穩(wěn)定等理化特性相關(guān)；另一方面與其抗氧化性、調(diào)節(jié)人體腸道微生態(tài)、預(yù)防肥胖等功效關(guān)系密切[2]。目前，研究人員累計從果膠中發(fā)現(xiàn)了17 種單糖，其中D-半乳糖（D-galactose，D-Gal）A是最常見且含量最高的單糖，這些單糖通過多達20余種糖苷鍵組成不同的結(jié)構(gòu)域，進而再組裝成果膠分子。果膠的提取、分離和純化步驟會影響果膠天然結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在的技術(shù)仍然無法對其分子結(jié)構(gòu)進行原位觀察，導(dǎo)致人們還未完全明確果膠結(jié)構(gòu)域的精細結(jié)構(gòu)，以及不同結(jié)構(gòu)域之間的連接方式。本文綜述了4 種常見果膠結(jié)構(gòu)域的精細結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)模型。

1 組成果膠分子的主要結(jié)構(gòu)域單元

1.1 半乳糖醛酸聚糖

半乳糖醛酸聚糖（homogalacturonans，HG）是指無支鏈取代的線性多聚半乳糖醛酸分子，是最早從植物細胞壁中分離出來的果膠結(jié)構(gòu)域單元，由α(1→4)-D-GalpA單元組成的鏈狀結(jié)構(gòu)。分子中的GalA可以在C-6位置被甲基化，也可在O-2或O-3位置被乙?；唧w甲基化或者乙酯化程度與植物來源密切相關(guān)。具有支鏈結(jié)構(gòu)的HG，也稱為半乳糖醛酸-半乳糖醛酸聚糖（galacturonogalacturonans，GaGA），這種結(jié)構(gòu)存在于許多植物組織中[3-4]，其結(jié)構(gòu)和功能特性與不帶分支的HG明顯不同。

一些研究認為植物細胞壁中的HG分子在合成之初是高度甲基化的，后續(xù)會被內(nèi)源甲酯酶去甲酯化[5]。通常，HG分子鏈上超過50%以上的GalA被甲基化就稱為高甲酯化HG；反之則為低甲酯化HG。研究發(fā)現(xiàn)，甲酯化和乙酯化程度均顯著影響果膠分子的凝膠特性[6]。一般來說，高甲氧基果膠需要通過添加蔗糖等使體系可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)達到55%以上才能形成凝膠，低甲氧基果膠在有二價金屬離子和少量可溶性固形物條件下即可形成凝膠。低甲酯化果膠主要分布在細胞的胞間層、角偶處和孔隙中，而高甲酯化果膠則常常貫穿于細胞壁中[7-8]。胞間層富含HG結(jié)構(gòu)域，它們通過Ca2+相互連接形成類似凝膠的狀態(tài)，進而實現(xiàn)膠黏相鄰細胞的作用。因此，HG或者富含HG的果膠分子對于調(diào)控細胞壁孔隙度、完整性和剛性，以及細胞間連接和環(huán)境中離子濃度具有重要作用[9]。HG通過形成不同的交聯(lián)方式，對于維管束植物的細胞壁延展、胞間連接和組織生長具有重要作用[10]。

HG是細胞壁中主要的果膠結(jié)構(gòu)域，一般情況下可占到果膠物質(zhì)總量的55%～90%[6]。也有一些植物細胞壁中的HG組分偏低，例如馬鈴薯塊莖[11]和大豆子葉[12]中的HG單元很少，而擬南芥和亞麻籽的水溶性黏液組分中幾乎不含HG組分[13-14]。通過溫和的堿水解（NaOH水解）[15]、溫和的酸水解（HCl、H2SO4或HNO3水解）[16]、低溫下氟化氫水解[17]，以及利用鼠李半乳糖醛酸水解酶、α(1→5)-L-阿拉伯聚糖內(nèi)切酶、β(1→4)-D-半乳聚糖內(nèi)切酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶和β-D-半乳糖苷酶共同酶解[18]等方法可從細胞壁中直接獲得HG鏈或從果膠物質(zhì)中純化出HG鏈。此外，采用草酸銨水解[19]或乙醇沉淀[20]等方法也可用于獲得特定植物組織中的HG組分。HG分子的大小常用聚合度來表示，直鏈型HG組分的聚合度很可能是較為均一的。也有一些例外，如單子葉植物綱鴨跖草（Commelinoid monocots）中HG的聚合度約為60，但一些其他雙子葉植物中HG的聚合度則大約高出一倍[18,21-24]；研究發(fā)現(xiàn)，通過Na2CO3提取的綠熟期番茄果實的果膠組分中的HG聚合度為鴨跖草科單子葉植物的3～4 倍，其聚合度約為320[25]。綜上所述，果膠分子的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度的非均一性，且來源、提取方式及條件都顯著影響果膠分子HG單元的含量和聚合度，進而影響果膠的理化特性[21-22]。

1.2 鼠李半乳糖醛酸聚糖I型

鼠李半乳糖醛酸聚糖（rhamnogalacturonan，RG）是一種具有分支結(jié)構(gòu)的果膠結(jié)構(gòu)域單元，除α-D-GalpA外，常常還含有α-L-Rhap、α-L-Araf和β-D-Galp等中性糖分子。RG-I結(jié)構(gòu)中單糖組分因植物組織來源和組分提取的不同而存在差異。在RG-I單元中也發(fā)現(xiàn)了一些不常見的單糖，例如在亞麻籽中發(fā)現(xiàn)的L-Galp[26]，以及在亞麻籽[13,27]和黃秋葵果膠[28]RG-I結(jié)構(gòu)域單元中發(fā)現(xiàn)的α-D-Galp。美國梧桐樹細胞中RG-I主鏈的聚合度可以超過100[29]，其分支是連接在α-L-Rhap的O-4位，少量分支也連接在O-3位。同時，這些分支有的由單個糖苷組成，有的則是由不同中性糖組成的復(fù)雜多糖側(cè)鏈，例如(1→5)-α-L-阿拉伯聚糖、(1→4)-β-L-半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖-I、阿拉伯半乳聚糖-II[11,30]。有學(xué)者在煙草的細胞壁中發(fā)現(xiàn)過聚合度高達370的半乳聚糖[31]，但作為RG-I的支鏈，其聚合度通常低于50。正是因為連接有較長的支鏈，RG-I結(jié)構(gòu)域一般被認定為果膠分子的毛發(fā)區(qū)。阿拉伯半乳聚糖作為RG-I的支鏈，它們在被運送 到細胞壁之前，是否已經(jīng)與果膠組分發(fā)生連接還有待考證[11,32-33]。相對RG-I主鏈的α-L-Rhap，側(cè)鏈的取代比例可以在20%～80%的區(qū)間浮動，而這主要取決于細胞壁物質(zhì)來源和提取的方式[7,34-35]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在RG-I主鏈GalA的O-2和O-3位上也可以發(fā)生乙?；缭邳S秋葵細胞壁物質(zhì)的RG-I組分中，Rhap的O-3位可發(fā)生乙?；@種乙?；^少見[28]。研究發(fā)現(xiàn)，柑橘皮、菜豆子葉、蘋果等果蔬中RG-I主鏈發(fā)生了甲基化，但還有待進一步證實[7]。糖醛酸或中性糖殘基大多不直接連接在RG-I主鏈的GalA分子上；當(dāng)然也有例外，如甜菜RG-I中2% GalA的O-3位就連接了1 分子的β-D-GlcA[36]。阿魏酸酯則可以連接在阿拉伯聚糖側(cè)鏈中α-L-Araf的O-2、O-3或O-5位，或者連接在半乳聚糖側(cè)鏈的β-D-Galp殘基的O-6位上；此外，甜菜細胞壁中的RG-I側(cè)鏈可以通過阿魏酸的脫水縮合形成阿拉伯聚糖側(cè)鏈交聯(lián)[7]。

細胞壁中的RG-I可能具有多種功能。利用原位免疫探針法，研究人員發(fā)現(xiàn)RG-I上的阿拉伯聚糖和甘露聚糖支鏈與細胞和組織的發(fā)育階段密切相關(guān)。例如，胡蘿卜細胞壁中阿拉伯聚糖的減少標志著細胞從分裂階段進入了生長階段[7]。一些學(xué)者認為，RG-I結(jié)構(gòu)域就像“腳手架”一樣，將HG和RG-II等其他果膠結(jié)構(gòu)單元以共價鍵的方式相互連接起來[8,35]。RG-I的阿拉伯聚糖側(cè)鏈可能決定了植物細胞壁的柔韌性和伸展性能[37]。組織硬度的改變和果實成熟軟化也被認為與阿拉伯聚糖和甘露聚糖支鏈的降解有關(guān)。果膠會在在高糖、高酸的條件下發(fā)生凝膠，鼠李糖和中性糖組成的RG-I結(jié)構(gòu)單元可有效阻斷HG單元形成大段的交聯(lián)區(qū)域，進而避免凝膠出現(xiàn)渾濁、脫水收縮和沉淀現(xiàn)象。通過中性糖形成的交聯(lián)對酸性環(huán)境非常敏感，因此，現(xiàn)在廣泛采用聚半乳糖醛酸內(nèi)/外切酶來降解果膠的HG單元，進而釋放RG-I組分。通過采用一系列中性糖側(cè)鏈水解酶處理RG-I結(jié)構(gòu)域可將其進一步純化，即采用阿拉伯聚糖內(nèi)切酶、半乳聚糖內(nèi)切酶、α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶和β-D-半乳糖苷酶分步水解后，再將水解液通過離子交換色譜和分子排阻色譜[38]，進而分析純化所得的中性糖支鏈的糖苷鍵類型和聚合度。

不同來源植物組織中RG-I的含量也存在差異。馬鈴薯塊莖中的RG-I組分占到細胞壁物質(zhì)的36%左右[17]，而懸鈴木細胞壁中僅含有7%的RG-I組分[39]。研究發(fā)現(xiàn)，RG-I組分相對果膠物質(zhì)的占比一般在5%～48%之間，表明其含量遠低于線性的HG組分[39]。但一些果膠分子中RG-I也可以成為主要的結(jié)構(gòu)單元[38]，甚至在一些植物的黏液中RG-I可作為唯一的果膠結(jié)構(gòu)單元存在[14,27]。由于RG-I組分的高度不均一性，因此確定其主鏈骨架的最小長度仍是一項挑戰(zhàn)[38-40]。懸鈴木果膠的RG-I組分的分子骨架相對較為均勻，聚合度為100～200[34]，而大豆和柑橘果膠分別為15～100和15～40[38,41]。

1.3 鼠李半乳糖醛酸聚糖II型

在眾多果膠分子結(jié)構(gòu)單元中，RG-II被認為是最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)域，也可能是植物細胞壁中分布最廣泛的結(jié)構(gòu)單元。該結(jié)構(gòu)域最早是從一種槭樹細胞壁中發(fā)現(xiàn)的[42]。隨后發(fā)現(xiàn)，從低等的蕨類、木賊類、石松植物[43]到幾乎所有的高等植物中都有RG-II的存在。人們從RG-II單元中發(fā)現(xiàn)了11～12 種糖苷和28～36 種糖分子，它們通過20 種以上的糖苷鍵連接到RG-II單元上，由此形成了以(1→4)-D-半乳糖醛酸為骨架的復(fù)雜大分子，其中組成骨架的半乳糖醛酸大約為9 個[44]，半乳糖醛酸殘基的C-6位可以部分甲酯化或者連接4 種類型的寡糖鏈。參與構(gòu)成RG-II結(jié)構(gòu)的糖苷中有7 種在其他多糖結(jié)構(gòu)域中非常少見，包括3-C-羥甲基-β-D-赤蘚糖、2-O-甲基-果糖、2-O-甲基-木糖[42]、3-C-羧基-5-脫氧-木糖（aceric acid，AceA）[45]、2-酮-3-脫氧-D-甘露醇辛酮酸糖[46]、3-脫氧-D-來蘇-庚二酸[47]和α-L-吡喃半乳糖。上述前6 種物質(zhì)被認為是RG-II的特征性糖苷，因為在亞麻籽黏液的RG-I結(jié)構(gòu)中也發(fā)現(xiàn)了α-L-吡喃半乳糖[13,27]。AceA可在O-3位被乙酰化或二乙?；?，也可在O-3或O-4位連接2-O-甲基-果糖，而蕨類植物和石松植物RG-II中鼠李糖的O-3位則可以甲基化[43]。由于在蘿卜、甜菜、紅酒、槭樹和豌豆組織中都發(fā)現(xiàn)了通過硼酸鹽連接形成的RG-II二聚體，所以推測RG-II在細胞壁中可能普遍以二聚體（dRG-II）的形式存在，而不是以RG-II單體（mRG-II）存在[10,48-50]。mRG-II和dRG-II擁有相同或類似的單糖組成，但其分子質(zhì)量不同，分別為5.0 kDa和10.0 kDa左右。

研究人員最初通過果膠內(nèi)切酶消化和離子交換色譜分子排阻色譜等技術(shù)分離得到了RG-II組分[42]。目前，果膠內(nèi)切酶聯(lián)合離子交換色譜/分子排阻色譜等技術(shù)廣泛被用于的植物細胞壁RG-II結(jié)構(gòu)單元的分離和純化。通過果膠內(nèi)切酶和果膠外切酶的聯(lián)合使用，或者采用一些具有水解果膠活性的粗酶均可定向降解RG-II以外的果膠結(jié)構(gòu)域單元，進而通過分子排阻色譜技術(shù)分離純化后獲得RG-II，可用于上述方法的酶包括崩潰酶、果膠酶和果膠甲酯酶等[10,43,51]。為了將RG-II與RG-I或HG分離，需要將細胞壁物質(zhì)提前皂化，或在果膠內(nèi)切酶處理前采用非堿性條件提取[52]，或采用果膠甲酯酶（pectin methylesterase，PME）和聚半乳糖醛酸酶（polygalacturanase，PG）共同作用等方法。利用高分辨分子排阻色譜分析，發(fā)現(xiàn)RG-II常與RG-I和半乳糖醛酸寡糖組分溶解在一起。由于果膠酶解產(chǎn)物中同時包含dRG-II和mRG-II，按照分子質(zhì)量大先洗脫出來的原則，酶解液通過分子排阻色譜后的出峰次序依次為RG-I、dRG-II、mRG-II和由HG降解所得的半乳糖醛酸寡糖[53]。為了進一步獲得RG-II的主鏈骨架，通常采用部分酸水解法，如80 ℃下0.1 mol/L三氟乙酸（trifluoroacetic acid，TFA）溶液中反應(yīng)16 h[54]，或40 ℃下在0.1 mol/L TFA溶液中反應(yīng)16 h后再于100 ℃下在0.1 mol/L TFA溶液中反應(yīng)1 h[55]，隨后再用離子交換色譜和分子排阻色譜獲得相應(yīng)的酸水解寡糖組分。這種水解的方法可以實現(xiàn)RG-II主鏈與4 種寡糖側(cè)鏈一起純化，通過控制水解的溫度和時間等條件可以有選擇性地控制水解反應(yīng)。純化后，利用配有脈沖電流檢測器的高效陰離子交換色譜，通過比對其與標準品出峰時間可以推算分子的聚合度。這種部分酸水解法的缺陷是其在水解寡糖側(cè)鏈的同時也破壞了RG-II主鏈骨架，使其降解成聚合度為3～15的片段，從而增加了RG-II主鏈骨架的實際長度的誤差。基于不同來源的RG-II都具有相近的分子質(zhì)量和相似的寡糖側(cè)鏈這一事實，越來越多的學(xué)者認為RG-II結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一定的保守性。通過分析同一組織中不同RG-II單元主鏈的聚合度、甲酯化度等結(jié)構(gòu)[56]，以及不同組織來源RG-II的差異[53]，可以認為其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出的保守性高于其他的果膠結(jié)構(gòu)域。

在雙子葉植物、非禾本科單子葉植物和裸子植物中的初生細胞壁中，RG-II可以占到果膠物質(zhì)總量的0.5%～8.0%；在類鴨跖草單子葉植物中其占比則低于0.1%[10,43,57-58]，由此可見RG-II結(jié)構(gòu)單元在總量上僅占細胞壁多糖的很小一部分。雖然也有報道稱RG-II可占到果膠的10%～11%[59]，但在很多的細胞壁物質(zhì)中RG-II都不超過5%。然而，從紅酒中提取的醇不溶性多糖就含有20%的RG-II組分，表明RG-II結(jié)構(gòu)在這種發(fā)酵酒中的含量非?？捎^。雖然RG-II組分在植物細胞壁多糖中的占比不高，但其獨特的結(jié)構(gòu)使得其對植物具有重要的意義。例如，RG-II二聚體是構(gòu)建植物細胞壁中果膠的三維立體結(jié)構(gòu)的前提，這種三維結(jié)構(gòu)對于提高初生細胞壁的機械強度至關(guān)重要。RG-II對于維持正常的植物生長和發(fā)育是不可或缺的；由于硼元素的缺乏，果膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中硼酸交聯(lián)減少，這將改變細胞壁的機械性能，從而引發(fā)一系列的植物生理病害[10,60]。研究表明，擬南芥花粉管的生長和延長受到RG-II中2-酮-3-脫氧-D-甘露醇辛酮酸糖糖苷合成的調(diào)控[61]。

芹半乳糖醛酸聚糖（apiogalacturonan，ApGA）最早被發(fā)現(xiàn)存在于小浮萍（Lemna minor）細胞壁中，并作為側(cè)鏈基團連接到聚半乳糖醛酸骨架上；其中D-芹糖占到ApGA側(cè)鏈基團單糖組分的7.9%～38.1%[62]。ApGA以HG為骨架，在半乳糖醛酸殘基O-2或O-3位連接有芹糖側(cè)鏈，芹糖側(cè)鏈通過(1→5)位連接成芹聚糖[63]。最新研究表明，含有芹糖的ApGA連接在RG-II結(jié)構(gòu)域上，進而可通過硼酸鹽連接形成二聚體，這種RG-II結(jié)構(gòu)中的糖苷鍵順序與陸生植物相似[64]；該研究進一步證實RG-II結(jié)構(gòu)域雖然高度保守，但其連接的糖側(cè)鏈也可以因物種不同有一定的變化。

1.4 木糖半乳糖醛酸聚糖

木糖半乳糖醛酸聚糖（xylogalacturonan，XGA）最早于山松花粉的果膠物質(zhì)中被發(fā)現(xiàn)[3]，其是以一條α(1→4)-D-GalpA鏈作為分子骨架，在部分GalA的O-3位置上取代有非還原型β-D-Xyl，或者連接一條聚合度為2～8的β-D-Xyl支鏈，連接方式通常為1→2、1→3、1→4、1→2,3、1→2,4或1→3,4。在一種海洋大葉藻科中，木糖也可以連接到半乳糖醛酸骨架的O-2位上；胡蘿卜中的XGA還含有β-D-Xyl-(1→3)-α-D-GalA結(jié)構(gòu)[65]。XGA結(jié)構(gòu)單元中的木聚糖側(cè)鏈上，還常連接有α-L-Araf、α-L-Fucp和β-D-Galp，后兩者分別可以在O-4和O-4/O-6位發(fā)生β-D-GlcpA取代。此外，人們也在大豆水溶性果膠中發(fā)現(xiàn)了僅含有木糖側(cè)鏈的XGA。根據(jù)XGA的來源，木糖的取代比例（Xyl/GalA）為20%～100%，半乳糖醛酸主鏈的酯化度（degree of esterification，DM）為40%～90%。然而，目前并不完全清楚XGA主鏈上是否存在乙酰化。XGA結(jié)構(gòu)單元的聚合度尚不清楚，有研究測得其分子質(zhì)量約為20～30 kDa[66]，主鏈骨架的最小聚合度為21～119[67-70]，表明XGA主鏈可達到與HG相近的長度。造成XGA主鏈骨架聚合度范圍如此之大可能是因為分析前提純過程的影響，特別是那些選擇性純化β-木聚糖側(cè)鏈的化學(xué)方法，如部分酸水解法（80 ℃下0.1～0.5 mol/L TFA中反應(yīng)30～180 min）或氟化氫水解法（－12 ℃下反應(yīng)30 min）[68-69]。

分離純化XGA的方法包括溫和堿水解法[3]、溫和酸水解法[68,71]，以及采用果膠酸裂解酶和果膠酸酯裂解酶[72]、果膠內(nèi)切酶[69]、鼠李糖醛酸水解酶[66]，或采用多種酶共同作用[73]。酸水解法的不足在于木聚糖支鏈和半乳糖醛酸骨架會被一定程度地水解，特別是經(jīng)過較高溫度和較長時間反應(yīng)后[69,74]。經(jīng)木糖半乳糖醛酸內(nèi)切酶降解后，可獲得不同聚合度的XGA寡聚糖[75-76]。XGA組分對于多聚半乳糖醛酸外切酶也較敏感，但多聚半乳糖醛酸內(nèi)切酶幾乎不能發(fā)揮作用，有研究報道其僅可水解特定半乳糖醛酸骨架上的木糖支鏈[77]。

XGA結(jié)構(gòu)廣泛存在于黃芪膠、菜豆子葉、紅豆子葉、蘿卜、碗豆皮、洋蔥球莖、葡萄、梨、蘋果、柑橘、百香果外皮等許多植物組織中[21]，特別是在與繁殖相關(guān)的組織中[34]；但是，在一些植物的根、莖和葉等非繁殖相關(guān)組織中也發(fā)現(xiàn)了XGA[75,78-79]，這表明XGA的功能可能更為廣泛，然而研究人員對此還缺乏清晰的認識。

2 果膠分子結(jié)構(gòu)域連接方式模型

人們普遍認為果膠是由線性的HG單元和RG-I、RG-II和/或XGA等結(jié)構(gòu)域通過共價鍵連接形成的一種多糖大分子[6,67]，在此基礎(chǔ)上提出了一些果膠結(jié)構(gòu)模型，但目前對果膠結(jié)構(gòu)域的拼接方式和順序仍然沒有統(tǒng)一定論[80]。

2.1 “平滑區(qū)和毛發(fā)區(qū)”模型

圖1 “平滑區(qū)和毛發(fā)區(qū)”果膠結(jié)構(gòu)模型示意圖圖[1,6,34]Fig. 1 Illustration of structural model for the smooth and hairy regions of pectin[1,6,34]

“平滑區(qū)和毛發(fā)區(qū)”模型是目前受到較多學(xué)者認可的模型，該模型認為果膠有一條主鏈，主鏈上連接一些支鏈區(qū)域（圖1）。平滑的主鏈含有HG結(jié)構(gòu)，它們和一些連接有側(cè)鏈的毛發(fā)區(qū)相間而成的果膠分子存在于很多植物組織中。該模型中，毛發(fā)區(qū)常常由RG-I、RG-II或XGA等結(jié)構(gòu)域組成，它們有規(guī)律地間斷性出現(xiàn)在主鏈上，并且常常接近于主鏈分子的末端區(qū)域，這很好地解釋了果膠分子中性糖含量與表觀分子質(zhì)量之間的負相關(guān)關(guān)系[81]。對于蘋果果膠，形成毛發(fā)區(qū)的中性糖分子約占GalA總量的5%左右，且非常集中地分布在一小塊區(qū)域中[81]。研究發(fā)現(xiàn)，這種模型可以較好地描述出不同植物細胞壁中果膠分子的結(jié)構(gòu)特征[41,67]。

2.2 “RG-I主鏈骨架”模型

“RG-I主鏈骨架”模型認為HG是作為RG-I組分單位的側(cè)鏈存在的[35]，雖然暫時還不清楚HG是完全作為側(cè)鏈基團連接到RG-I主鏈上還是連接到中性糖側(cè)鏈上。該模型與傳統(tǒng)模型的最大不同在于將RG-I作為唯一的分子主鏈單元，以及線性的HG和XGA則以側(cè)鏈形式連接到RG-I鏈上。如果套用傳統(tǒng)的模型，則可以將整個果膠分子看作是一個大的毛發(fā)區(qū)，毛發(fā)部分則可視為由不同的中性糖基團（阿拉伯聚糖、半乳聚糖、阿拉伯半乳聚糖-I、阿拉伯半乳聚糖-II等）、HG鏈和XGA單元組成。然而，HG和XGA連接到RG-I的具體位點，以及側(cè)鏈基團的種類和分布，這些問題則尚未確證。Vincken等[35]認為，相對于一些傳統(tǒng)的模型，RG-I主鏈骨架模型可能會導(dǎo)致較大的流體力學(xué)體積，但同時也會降低其對果膠酶的敏感性。這一模型的提出也有一些較為可靠的證據(jù)，例如蘋果等原料中HG單元是在主鏈上間歇性出現(xiàn)的[23]，柑橘果膠經(jīng)多聚半乳糖內(nèi)切酶作用后的半乳糖醛酸寡聚糖片段中缺乏應(yīng)有的鼠李糖殘基[82]，蘋果果膠中XGA可能作為側(cè)鏈基團連接到RG-I單元上[83]，以及通過原子力顯微鏡觀察到的番茄果膠分子中的長鏈多聚半乳糖醛酸作為側(cè)鏈存在[84]。此外，帶有阿拉伯半乳聚糖側(cè)鏈的RG-I結(jié)構(gòu)分別出現(xiàn)在甜菜和酒花酸提取的果膠分子鏈的末端，這與傳統(tǒng)模型中認為RG-I分布在果膠分子的各個位置的觀點不同[67]。這說明，如果果膠分子中出現(xiàn)兩段以上的HG單元，它們需要通過至少一個鼠李糖殘基參與連接[4,85]。因此，RG-I主鏈骨架模型中，連接有中性糖側(cè)鏈的RG-I分子兩端可以分別連接一段HG。隨著相關(guān)研究的深入開展，這種RG-I主鏈結(jié)構(gòu)可能與HG主鏈結(jié)構(gòu)一起不同程度地存在于植物細胞壁中。

2.3 “鼠李半乳糖醛酸聚糖”模型

“鼠李半乳糖醛酸聚糖”模型最早由Talmadge等[39]提出，用來描述一種多聚半乳糖醛酸內(nèi)切酶酶解后得到的槭樹初生細胞壁果膠結(jié)構(gòu)。該模型中，果膠大分子由聚合度為8左右的HG序列穿插著[Rha-(1→4)-GalA-(1→2)-Rha]重復(fù)單元組成。由于(1→2)-Rha分子連接的靈活性，這種大分子的骨架可能呈現(xiàn)鋸齒形，同時鼠李糖殘基可通過O-4位連接半乳聚糖側(cè)鏈而形成“Y”字形結(jié)構(gòu)。

2.4 其他模型

隨著近年來科學(xué)證據(jù)的不斷完善，研究人員發(fā)現(xiàn)RG-I主鏈骨架模型可能只代表一部分植物細胞壁中的果膠物質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究表明，無論是酸水解還是酶解，亞麻莖中富含半乳聚糖的RG-I結(jié)構(gòu)域都沒有產(chǎn)生寡聚半乳糖醛酸，說明這種RG-I結(jié)構(gòu)中不含有HG單元[86]。此外，擬南芥、木瓜、蘋果、茄子和鱷梨等植物中，HG結(jié)構(gòu)單元中GalA的含量都占果膠分子中單糖組分的80%以上，表明HG鏈結(jié)構(gòu)含量遠高于RG-I結(jié)構(gòu)[24,85,87-89]。再者，檸檬果膠中HG單元中含有的GalA更占到單糖總量的98%[38]。由此，果膠分子主鏈是由HG和RG-I相間排列組成這一假說可能也是不成立的。因此，果膠分子中的HG單元線性地連接到RG-I上可能是比較合理的推測。研究還發(fā)現(xiàn)，纖維素酶解后的南瓜細胞壁物質(zhì)中包含有線性的HG側(cè)鏈單元、RG-I骨架和連接有XGA組分的RG-II[90]，此外，Na2CO3提取番茄果膠中也發(fā)現(xiàn)含有HG側(cè)鏈的GaGA[25]?；谶@些新的發(fā)現(xiàn)，研究人員又提出了一個新的模型來描述富含HG、RG-I、XGA和RG-II單元的果膠。在該模型中，果膠分子骨架由RG-I單元組成核心，兩端線性延展方向分別連接有一段HG骨架。RG-I核心連接有中性糖、XGA單元及其他糖鏈作為側(cè)鏈，但一般不會出現(xiàn)RG-II。由于(1→2)鍵連接的鼠李糖單元具有一定的空間自由性，因此HG單元與RG-I的連接既可以垂直于RG-I主鏈骨架也可以與其平行。在RG-I主鏈上，可能還垂直連接有HG鏈。最后，RG-II則可能像樹根一樣連接到這些HG鏈上。采用這套模型，可以較好地解釋HG組分含量遠高于RG-I、溫和酸水解中HG鏈的釋放行為、采用組合酶水解可同時獲得XGA、HG和寡聚半乳糖組分但卻不包含RG-I或RG-II，以及RG-II二聚體的形成這些現(xiàn)象。

3 結(jié) 語

果膠是一類分布廣泛、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的植物細胞壁多糖，其精細結(jié)構(gòu)以及與結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的生理功能還尚待探索。目前認為，果膠至少包含8 種常見的結(jié)構(gòu)域，其中HG、RG-I和RG-II和XGA這4 個結(jié)構(gòu)域較為常見。現(xiàn)今的科學(xué)手段仍然無法原位直接觀察和研究細胞壁中的果膠物質(zhì)，這使得研究者深入了解果膠的結(jié)構(gòu)和功能進展緩慢，果膠天然結(jié)構(gòu)仍有待確證。雖然研究者傾向于認為果膠分子是一個多結(jié)構(gòu)域的復(fù)合單元，但哪部分是其分子骨架仍存在爭議。隨著原位免疫熒光探針技術(shù)、核磁技術(shù)、冷凍電子顯微鏡等技術(shù)的發(fā)展，揭示天然狀態(tài)下果膠結(jié)構(gòu)域精細結(jié)構(gòu)及其連接方式，以及與結(jié)構(gòu)對應(yīng)的功能仍將是未來的研究重點。