糖复合物--生物化学课件.ppt

糖复合物(Glycoconjugates)Reverse transcription中心法则 (Central Dogma)ReplicationDNA → RNA → 蛋白质 → 细胞 → 生物DNA → RNA → 蛋白质→ 酶↓糖↓细胞 ←------ 糖复合物↓ ↑ 生物体 脂类DNA → RNA → 蛋白质 → 细胞 → 生物一、什么是糖复合物(glycoconjugates) 糖以共价键与蛋白质或脂类结合，形成糖复合物(糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂)几个有关名词聚糖— 任何游离的或与另一类分子结合的糖或糖类组合的通称糖复合物— 由单糖、寡糖或多糖与蛋白质或脂类结合而成包括糖蛋白、糖脂和 蛋白聚糖凝集素— 糖识别蛋白，聚糖一般必需与蛋白质受体相互作用而发挥其功能¡糖复合物主要有三种类型糖蛋白、糖脂和 蛋白聚糖¡与脂类相连；与蛋白质相连，这又分为：¡ N-连接型：聚糖通过N原子与蛋白质或脂类连接¡ O-连接型：聚糖通过O原子与蛋白质或脂类连接¡糖复合物具有多种多样的功能二、什么是糖生物学（glycobiology）糖生物学是研究与蛋白质或脂类连接的糖 （糖链）的分子结构、合成及生物功能的 新兴学科。

核酸和蛋白质研究成就,极大推动了糖生物学发展第一节 单糖（2-30）-聚糖的结构糖是多羟醛或多羟酮，可被水解成为这种成分的 较大的化合物单糖:是一种不能再被水解一、聚糖的分子结构（一） 单糖的种类及结构葡萄糖(Glc) 半乳糖(Gal)甘露糖(Man) N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)岩藻糖(Fuc) N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)木糖(Xyl) 唾液酸(SA)单糖结构-D-葡萄糖 -D-半乳糖 D-甘露糖 D-木糖 （Glc，▲） (Gal，●) (Man，○) (Xyl， )-D-N-乙酰葡糖胺 -D-葡糖醛酸 -L-艾杜糖醛酸 -D-葡糖胺 （GlcNAc ,■） （GlcUA, ) (IdoUA， ) （GlcN）-D-N-乙酰半乳糖胺 -L-岩藻糖 唾液酸 -D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸 （GalNAc，□) (Fuc，△) (SA，◆) GlcNAc-UDP(*单糖的英文缩写及代表符号在括号标明)糖链结构复杂多样 丰富的功能信息（二）单糖的连接方式 1. 单糖的连接方式：O-糖苷键形式有：1→2, 1→21→3, 1→31→4, 1→41→6, 1→6 糖苷键的形成需要能量，由特异的酶催化。

反应需要供体---- 核苷糖受体---- 糖酶---- 糖基转移酶催化糖链结构的复杂性 ¡构成聚糖的基本结构单位－－单糖分子¡含有多个游离的羟基¡导致：单糖间糖苷键有¡ 或及1→2，1→3，1→4，1→6 多种方式¡不同糖复合物单糖种类、数目、连接方式不同¡糖链还可以有分支¡含有大量的重复单位¡ 糖链可以储存大量信息（三）聚糖的一级结构及空间结构*聚糖的一级结构是指单糖的排列顺序及糖苷键的性质聚糖的二级结构聚糖的二级结构涉及糖环构象、糖苷键旋转角度及各原子之间的相互作用等糖蛋白的结构与功能定义糖蛋白由糖与蛋白质通过共价键连接形成 特点蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性分布细胞膜、细胞浆、溶酶体及细胞外液 糖基化: 蛋白质加工修饰步骤,异常可致多种疾病（一）N-连接糖蛋白定义糖链的N-乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺氮连接，形成N-糖苷键，此种糖链为N-连接糖链，也称N-连接聚糖糖基化位点N-连接聚糖中Asn-X-Ser／Thr三个氨基酸残基序列子(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸)称为糖基化位点核心结构 高甘露糖型 复杂型 杂合型都有一个五糖核心结构N-连接糖链结构（二）O-连接糖蛋白定义糖链的N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸 或苏氨酸的羟基连接，形成O-糖苷键，糖链 为O-连接糖链，也称O-连接聚糖。

连接点的结构GalNAcα-O-Ser／Thr¡每一特异糖苷键合成需相应特异糖基转移酶作用¡催化糖链内部糖基的酶位于内质网¡第一个糖基添加发生在蛋白质翻译过程中,末端糖基位 于Golgi器合成特点¡（1）系列膜结合糖基转移酶参与，糖基逐一添加；¡（2）一糖基转移酶特异的催化形成一 特殊糖苷键；¡（3）酶位于Golgi器；¡（4） 糖基化反应由相应的核苷酸糖参与；¡（5） O-糖基化发生在一定的Ser或Thr残基，是伴翻 译过程 ¡有些细胞表面蛋白有黏蛋白样结合域（MLD)¡ LDL受体 与配基结合的结构域C-末端通过一个 MLD和膜相连¡细胞表面黏蛋白 通过蛋白质受体与O-连接聚糖相互 作用介导细胞黏附¡凝集素 在细胞黏附中O-连接聚糖是凝集素lectin 结合的配基¡可溶性及细胞表面糖蛋白 含小而成簇的O-连接聚 糖，如IgA¡ 黏蛋白(mucins)¡含大量O-连接聚糖，高度糖基化，赋予其特殊的物 理性质,和其功能密切相关¡高度粘稠--多种润滑功能所必需¡通过二硫键可形成分支结构，水化后形成胶状¡抗菌性能-黏蛋白及末端结构对细菌有特异的亲和力¡膜型细胞表面黏蛋白还具有调节细胞间粘附作用IgA分子的O-连接糖链有6种蛋白聚糖(proteoglycan) 定义由糖胺聚糖和核心蛋白通过共价键连 接所形成的糖复合物。

特点高度O-糖基化的蛋白质糖占比例大， 占85%以上具有多糖性质 分布分布于软骨、结缔组织、角膜基质、 关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织使细胞外基质具有极高的强度；具有特殊的重复性双糖序列, 细胞表面的蛋白多糖可与生长因子相互作用一、蛋白聚糖的结构核心蛋白糖胺聚糖糖胺糖醛酸葡萄糖胺 半乳糖胺葡萄糖醛酸 艾杜糖醛酸组成（一）糖胺聚糖糖胺聚糖是己糖胺和己糖醛酸二糖 重复单位的聚合物体内重要糖胺聚糖有6种：透明质酸、硫酸软骨素硫酸皮肤素、硫酸角质素肝素和硫酸类肝素 糖胺聚糖的结构和分布特点糖胺聚糖 二糖单位 硫酸化位置 组织分布 透明质酸 (HA) GlcUA, GlcNAc 无 关节滑液，玻璃体，结缔组织 硫酸软骨素(CS) GlcUA, GalNAc C4, C6 骨，软骨，角膜 硫酸皮肤素(DS) IdoUA, GalNAc, C2, C4，C6 皮肤，血管 硫酸角质素 (KS)I/II Gal, GlcNAc C6 角膜，结缔组织 肝素 (Hp) IdoUA，GlcN C2, C6 , C2-N 肥大细胞 硫酸类肝素（HS） GlcUA，GlcN C2, C6 , C2-N 皮肤，成纤维细胞，血管 D-GlcUA D- GlcNAc透明质酸 L-IdoUA （硫酸化） D-GlcN（硫酸化）肝素核心蛋白定义与糖胺聚糖共价结合的多肽链。

结构含有与糖胺聚糖结合的结构域，一些蛋白聚糖通过这一结构定在细胞表面或细胞外基质的大分子中 （三) 糖胺聚糖和核心蛋白的连接软骨可聚蛋白聚糖的结构 二、蛋白聚糖的功能 1.构成细胞外基质在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋 白以特殊方式连接,构成基质的特殊结构这与 细胞的粘附、迁移、增殖和分化等生物活动有关 2.其它抗凝血(肝素)参与细胞识别与分化(细胞表面的硫酸肝素)维持软骨机械性能(硫酸软骨素)等糖脂定义糖脂是糖类以糖苷键与脂类连接形成的糖复合物分类鞘糖脂、甘油糖脂胆固醇衍生的糖脂、GPI一、鞘糖脂的分类与结构 组成 由糖和神经酰胺构成分类中性鞘糖脂：含葡萄糖和半乳糖， GalNAc, GlcNAc和岩藻糖等中性糖酸性鞘糖脂：含唾液酸或硫酸化的单糖 GM1 α2,3 β1,4 β1- ◆→●→▲→1Cer ↑□↑●GM2 GM3神经节苷脂的结构简图 α2,3 β1,4 β1- ◆→●→▲→1Cer ↑β1,4□α2,3 β1,4 β1- ◆→●→▲→1Cer α2,8α2,3 β1,4 β1- ◆→◆→●→▲→1Cer↑□ GD2 α2,8α2,3 β1,4 β1- ◆→◆→●→▲→1Cerβ1,4β1,3GD3 糖脂的功能1.细胞膜的结构组份2.参与细胞的识别、分化及信号转导等随着糖结构和功能的阐明聚糖及糖复合物在正常生理和疾病中的作用及机制将逐步被揭示出来，并促进糖生物学与医学探索的共同进步糖蛋白的功能 （一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和 生物活性的影响1.对糖蛋白新生肽链的影响:参与新生肽链 的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象; 影响亚基聚合;糖蛋白在细胞内的分栋和 投送。

2.对糖蛋白的生物活性的影响:保护糖蛋白 不受蛋白酶的水解,延长其半衰期3.参与分子的识别作用（二）糖蛋白在分子识别和黏附中的作用1.糖蛋白在细胞-细胞分子识别和黏附 中的作用 2.糖蛋白在细胞-细胞外基质分子识别和黏附中的作用¡糖蛋白分布广泛，许多膜蛋白、分泌蛋白及细胞外基质（ ECM）中的一些结构蛋白等都是糖蛋白¡不同功能的糖蛋白举例 ¡ 功 能 有 关 糖 蛋 白 ¡ 结构分子 胶原¡ 润滑及保护剂 粘蛋白 ¡ 运输分子 运铁蛋白，铜蓝蛋白¡ 免疫分子 免疫球蛋白，组织相容抗原¡ 激素 绒毛膜促性腺激素，促甲状腺激 素¡ 酶 各种酶，如碱性磷酸酶¡ 细胞接触及 参与细胞-细胞（精子与卵细胞）识别位点 病毒-细胞以及¡ 激素-细胞相互作用的各种蛋白质¡ 抗冻剂 冷水鱼的某些血浆蛋白¡ 与糖相互反应 某些凝集素 糖蛋白在分子识别中的作用-细胞间 ¡1. 精卵识别小鼠卵细胞透明带中含ZP1、ZP2、ZP3 ¡ZP3含O-连接聚糖用化学方法去除O-连接聚糖,抑制精卵结合 ， 用内切糖苷酶F切去N-连接聚糖却没有影 响,加入UDP-半乳糖也可以阻断精卵结合。

糖链与分子识别存在于细胞膜的糖2. 炎症浸润¡循环中白细胞被招募到炎症部位血管 内皮细胞上，滚动、黏附和透出血管 过程与内皮细胞表面选凝素(selectin) 和白细胞上的特异糖配体识别和结合 有关¡选凝素是含糖识别结构域（ Carbodydrate recogniztion domain, CRD）的。