DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2026.1725700
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41769654
تاريخ النشر: 2026-02-13
المؤلف: Jieming Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الحيوية المستخلصة من الطحالب
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من المراجعة الأنشطة الحيوية للبوليسكاريدات الطبيعية المستمدة من مصادر غذائية متنوعة، مثل الجينسنغ والطحالب، والتي تظهر خصائص مضادة للأكسدة، ومعدلة للمناعة، ومخفضة للسكر في الدم. ومع ذلك، فإن التباين الهيكلي لهذه البوليسكاريدات يعقد من إقامة علاقات واضحة بين الهيكل والنشاط (SAR). يقترح المؤلفون تدهور الجذور الحرة، وخاصة من خلال آليات الجذر الهيدروكسي (•OH)، كطريقة فعالة لمعالجة هذه المشكلة. تتضمن هذه العملية تفاعلات شبيهة بفنتون التي تولد جذور هيدروكسيل، مما يؤدي إلى نموذج حركي من ثلاث مراحل يتميز بالتفكك السريع، وقطع السلسلة الرئيسية، والتدهور البطيء.
تسلط المراجعة الضوء على التغيرات الهيكلية الرئيسية الناتجة عن هذا التدهور، بما في ذلك انخفاضات في الوزن الجزيئي، وتعريض المجموعات الوظيفية، وتغيرات في تركيب السكريات الأحادية، وتحولات شكلية. تظهر هذه التغيرات أنها تعزز بشكل تآزري الأنشطة الحيوية للبوليسكاريدات، مع تحديد نطاق الوزن الجزيئي الأمثل بين 10-1,000 كيلودالتون، والذي يختلف حسب المصدر ونوع النشاط. كما يتناول المؤلفون التحديات الحالية المتعلقة بالتحكم في التدهور وتوصيف المنتجات، بينما يقترحون اتجاهات البحث المستقبلية التي تشمل تقنيات تحليلية متقدمة مثل الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء-مطياف الكتلة (HPLC-MS) والرنين المغناطيسي النووي (NMR). تهدف هذه المراجعة في النهاية إلى تقديم رؤى لإعداد البوليسكاريدات الوظيفية بدقة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية البوليسكاريدات المستمدة من مصادر غذائية متنوعة، مثل الجينسنغ والمشمش، والتي تمتلك خصائص بيولوجية متنوعة مفيدة للصحة الغذائية، بما في ذلك التأثيرات المعدلة للمناعة، ومضادة للأكسدة، ومخفضة للسكر في الدم، وخافضة للدهون. تُعزى هذه الخصائص إلى تشابهها الهيكلي مع الجليكوزات البشرية، مما يجعلها مكونات أساسية في الأطعمة الوظيفية. على سبيل المثال، تم استخدام بوليسكاريدات المشمش المتدهورة المحسنة في المشروبات لتعزيز نشاط تثبيط α-glucosidase، بينما أظهرت الأرابينوجالكتان من الشجر تأثيرات معدلة للمناعة محسنة في منتجات الألبان.
على الرغم من إمكانياتها، فإن التباين الهيكلي للبوليسكاريدات الطبيعية – الذي يتميز بتباينات في الوزن الجزيئي (Mw)، وتركيب السكريات الأحادية، وتعديلات المجموعات الوظيفية – يمثل تحديات لإقامة علاقات بين الهيكل والنشاط (SAR). لمعالجة ذلك، تم استخدام استراتيجيات تدهور متنوعة، بما في ذلك الطرق الفيزيائية والكيميائية والإنزيمية، لتبسيط هياكل البوليسكاريدات. من بين هذه الطرق، حظي تدهور الجذور الحرة باهتمام بسبب قدرته على الاحتفاظ بالمجموعات الوظيفية القابلة للتغيير وفعاليته من حيث التكلفة، مما يجعله مناسبًا لدراسات SAR. تهدف هذه المراجعة إلى تلخيص التقدمات الأخيرة في فهم تأثيرات تدهور الجذور الحرة على البوليسكاريدات، بما في ذلك التغيرات في Mw، والمجموعات الوظيفية، والنشاط البيولوجي، مع معالجة القيود الحالية واتجاهات البحث المستقبلية.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث آليات وآثار تدهور الجذور الحرة للبوليسكاريدات، التي تبدأ أساسًا بواسطة جذور الهيدروكسيل ($\cdot OH$) الناتجة عن تفاعلات شبيهة بفنتون. تحدث عملية التدهور في ثلاث مراحل: (1) التفكك السريع، حيث تهاجم $\cdot OH$ الروابط الجليكوسيدية، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الوزن الجزيئي (Mw)؛ (2) قطع السلسلة الرئيسية، الذي يعرض مواقع إضافية لهجوم الجذور ويستمر في تقليل طول السلسلة؛ و(3) التدهور البطيء، حيث تهيمن القطع الأقصر، مما يؤدي إلى انخفاض تدريجي في Mw. على الرغم من أن الهجمات الجذرية عشوائية، فإن التنوع الهيكلي للبوليسكاريدات يقدم تفضيلات محددة للمواقع للتفكيك، تتأثر بنوع السكريات الأحادية والعرقلة الفراغية. لا يغير هذا التدهور Mw وتوزيع الجزيئات فحسب، بل يعدل أيضًا ملف المجموعات الوظيفية، مما يعزز الأنشطة الحيوية للبوليسكاريدات.
العلاقة بين Mw والنشاط البيولوجي حاسمة، حيث تختلف نطاقات Mw المثلى حسب مصدر البوليسكاريد والنشاط المستهدف. على سبيل المثال، تظهر بوليسكاريدات الجينسنغ ذروة النشاط المعدل للمناعة عند 70-150 كيلودالتون، بينما تظهر البوليسكاريدات الكبريتية من الطحالب نشاطًا مضادًا للتخثر الأمثل عند 3-8 كيلودالتون. تسلط الدراسة الضوء على أنه بينما يمكن أن يعزز Mw المنخفض القابلية للذوبان والتوافر البيولوجي، قد يؤدي Mw المنخفض بشكل مفرط إلى المساس بالسلامة الهيكلية والنشاط البيولوجي. علاوة على ذلك، يسهل تدهور الجذور الحرة تعريض وتشكيل المجموعات الوظيفية، مثل استرات الكبريت والألدهيدات، التي تعتبر حاسمة لتعديل الأنشطة البيولوجية. تؤكد الورقة على أهمية فهم علاقات الهيكل والنشاط (SAR) للبوليسكاريدات لفتح إمكانياتها في مجالات متنوعة، بما في ذلك معالجة الطعام والعلاج.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2026.1725700
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41769654
Publication Date: 2026-02-13
Author(s): Jieming Li et al.
Primary Topic: Seaweed-derived Bioactive Compounds
Overview
This section of the review discusses the bioactivities of natural polysaccharides derived from various food sources, such as ginseng and seaweed, which exhibit antioxidant, immunomodulatory, and hypoglycemic properties. However, the structural heterogeneity of these polysaccharides complicates the establishment of clear structure-activity relationships (SAR). The authors propose free radical degradation, particularly through hydroxyl radical (•OH) mechanisms, as an effective method to address this issue. This process involves Fenton-like reactions that generate hydroxyl radicals, leading to a three-stage kinetic model characterized by rapid depolymerization, main chain scission, and slow degradation.
The review highlights key structural changes resulting from this degradation, including reductions in molecular weight, exposure of functional groups, alterations in monosaccharide composition, and conformational shifts. These changes are shown to synergistically enhance the bioactivities of the polysaccharides, with an optimal molecular weight range identified between 10-1,000 kDa, which varies depending on the source and type of activity. The authors also address current challenges related to degradation controllability and product characterization, while suggesting future research directions that include advanced analytical techniques such as High Performance Liquid Chromatography-Mass Spectrometry (HPLC-MS) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). This review ultimately aims to provide insights for the precise preparation of functional polysaccharides.
Introduction
The introduction highlights the significance of polysaccharides derived from various edible sources, such as ginseng and apricot, which possess diverse biological properties beneficial for nutritional health, including immunomodulatory, antioxidant, hypoglycemic, and lipid-lowering effects. These properties are attributed to their structural similarities with human glycans, positioning them as essential components in functional foods. For instance, optimized degraded apricot polysaccharides have been utilized in beverages to enhance α-glucosidase inhibitory activity, while larch arabinogalactan has shown improved immunomodulatory effects in dairy products.
Despite their potential, the structural heterogeneity of natural polysaccharides—characterized by variations in molecular weight (Mw), monosaccharide composition, and functional group modifications—poses challenges for establishing structure-activity relationships (SAR). To address this, various degradation strategies, including physical, chemical, and enzymatic methods, have been employed to simplify polysaccharide structures. Among these, free radical degradation has gained attention due to its ability to retain labile functional groups and its cost-effectiveness, making it suitable for SAR studies. This review aims to summarize recent advancements in understanding the effects of free radical degradation on polysaccharides, including changes in Mw, functional groups, and biological activity, while also addressing current limitations and future research directions.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the mechanisms and implications of free radical degradation of polysaccharides, primarily initiated by hydroxyl radicals ($\cdot OH$) generated through Fenton-like reactions. The degradation process occurs in three stages: (1) Rapid depolymerization, where $\cdot OH$ attacks glycosidic bonds, leading to a significant decrease in molecular weight (Mw); (2) Main chain scission, which exposes additional sites for radical attack and continues to reduce chain length; and (3) Slow degradation, where shorter fragments dominate, resulting in gradual Mw decline. Although the radical attacks are random, the structural diversity of polysaccharides introduces site-specific preferences for cleavage, influenced by the type of monosaccharides and steric hindrance. This degradation not only alters Mw and polydispersity but also modifies the functional group profile, enhancing the bioactivities of the polysaccharides.
The relationship between Mw and biological activity is critical, with optimal Mw ranges varying by polysaccharide source and target activity. For instance, ginseng polysaccharides exhibit peak immunomodulatory activity at 70-150 kDa, while seaweed sulfated polysaccharides show optimal anticoagulant activity at 3-8 kDa. The study highlights that while lower Mw can enhance solubility and bioavailability, excessively low Mw may compromise structural integrity and bioactivity. Furthermore, free radical degradation facilitates the exposure and formation of functional groups, such as sulfate esters and aldehydes, which are crucial for modulating biological activities. The paper emphasizes the importance of understanding the structure-activity relationships (SAR) of polysaccharides to unlock their potential applications in various fields, including food processing and therapeutics.