生物化学与分子生物学：第四章 聚糖的结构与功能.ppt

目录目录聚糖的结构与功能聚糖的结构与功能Structure and Function of Glycan第四章第四章目录目录糖类糖类单糖单糖多糖多糖糖复合物糖复合物(glycoconjugates)糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂糖脂(glycolipids)目录目录糖蛋白糖蛋白Glycoprotein第一节第一节目录目录Ø一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质Ø蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性蛋白质的特性Ø分布分布细胞膜、溶酶体、细胞外液细胞膜、溶酶体、细胞外液n糖蛋白糖蛋白目录目录葡萄糖葡萄糖(Glu)半乳糖半乳糖(Gal)甘露糖甘露糖(Man)N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)岩藻糖岩藻糖(Fuc)N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuAc)n聚糖中聚糖中单糖的种类：单糖的种类：目录目录n 糖蛋白糖链的糖蛋白糖链的N-连接型和连接型和O-连接型连接型 连接连接方式方式N-连接连接：：O-连接连接：：目录目录一、一、N-N-连接糖蛋白连接糖蛋白的糖基化位点为的糖基化位点为Asn-X-Ser/Thr糖蛋白的糖链与蛋白部分的糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列的天氡酰胺氮以共价键连接称序列的天氡酰胺氮以共价键连接称N- -连接糖蛋白连接糖蛋白。

n定义：定义：目录目录N- -连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基三个氨基酸残基的序列子称为酸残基的序列子称为糖基化位点糖基化位点糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为糖型糖型(glycoform)目录目录 二、二、N- -连接聚糖可分为连接聚糖可分为3 3型型①①高甘露糖型高甘露糖型②②复杂性复杂性③③杂合型杂合型都有一个五糖核心都有一个五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsn目录目录目录目录三、三、N-连接寡糖的合成是以长萜醇作为聚连接寡糖的合成是以长萜醇作为聚糖载体糖载体 N-连连接接寡寡糖糖是是在在内内质质网网上上以以长长萜萜醇醇作作为为糖糖链链载载体体，，先先合合成成含含14糖糖基基的的寡寡糖糖链链，，然然后后转转移移至至肽肽链链的的糖糖基基化化位位点点上上，，进进一一步步在在内内质质网网和和高高尔尔基基体体进行加工而成进行加工而成 每每一一步步加加工工都都由由特特异异的的糖糖基基转转移移酶酶或或糖糖苷苷酶酶催化完成，糖基必须活化为催化完成，糖基必须活化为UDP或或UDP的衍生物。

的衍生物目录目录长萜醇长萜醇-P-P聚糖的合成聚糖的合成目录目录3型型N-聚糖的加工过程聚糖的加工过程 目录目录四、四、O- -连接糖蛋白连接糖蛋白糖蛋白糖链与蛋白部分的丝糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/ /苏氨酸残基的苏氨酸残基的羟基相连，称为羟基相连，称为O- -连接糖蛋白连接糖蛋白 O-O-连接寡糖有连接寡糖有N-N-乙酰半乳糖与半乳糖构乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、接上岩藻糖、N-N-乙酰葡萄糖胺等单糖乙酰葡萄糖胺等单糖n定义定义nO- -连接寡糖结构连接寡糖结构目录目录 O-连连接接寡寡糖糖在在N-乙乙酰酰半半乳乳糖糖基基转转移移酶酶的的作作用用下下，，在在多多肽肽链链的的丝丝/ /苏苏氨氨酸酸的的羟羟基基上上连连接接上上N- -乙乙酰酰半半乳乳基基，，然然后后逐逐个个加加上上糖糖基基直直至至O-连接寡糖链的形成连接寡糖链的形成nO- -连接寡糖合成连接寡糖合成目录目录五、蛋白质五、蛋白质β-N-乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的单糖基修饰单糖基修饰Øβ-β-N- -乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖(β-N-acetylglucosamine，，O-GlcNAc)糖糖基基化化修修饰饰，，主主要要发发生生于于膜膜蛋蛋白白和和分泌蛋白。

分泌蛋白ØO-GlcNAc糖糖基基化化修修饰饰是是通通过过O-GlcNAc糖糖基基转转移移酶酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作作用用，，将将β-β-N- -乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖以以共共价价键键方方式式结结合合于于蛋蛋白白质质的的Ser/Thr残基上目录目录ØO-GlcNAc糖糖基基化化蛋蛋白白质质的的解解离离需需要要特特异异性性的的β-β-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖酶酶(O-GlcNAcase)作作用用，，O-GlcNAc糖糖基基化化与与去去糖糖基基化化是是个个动动态态可逆的过程可逆的过程 ØO-GlcNAc糖糖 基基 化化 位位 点点 常常 位位 于于 蛋蛋 白白 质质Ser/Thr磷磷酸酸化化位位点点处处或或其其邻邻近近部部位位糖糖基基化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然 目录目录六、糖蛋白分子中聚糖的功能六、糖蛋白分子中聚糖的功能Ø保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰期；期；Ø蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白的作用；的作用；Ø聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫系统识别而产生抗体。

系统识别而产生抗体 （一）（一）聚糖可稳固多肽链的结构及延长半衰期聚糖可稳固多肽链的结构及延长半衰期目录目录（二）聚糖参与新生肽链折叠或聚合（二）聚糖参与新生肽链折叠或聚合Ø参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象；空间构象；Ø糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相关关Ø具有功能的糖蛋白的二聚体，往往依靠糖具有功能的糖蛋白的二聚体，往往依靠糖- -蛋蛋白或糖白或糖- -糖相互作用维系亚基的聚合和构象糖相互作用维系亚基的聚合和构象 目录目录（四）聚糖具有分子间的识别作用（四）聚糖具有分子间的识别作用Ø聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到聚糖起到分分子识别作用的基础子识别作用的基础Ø受体与配体识别和结合也需聚糖的参与受体与配体识别和结合也需聚糖的参与Ø细胞表面糖复合物的聚糖还能介导细胞细胞表面糖复合物的聚糖还能介导细胞- -细胞细胞的结合 （三）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送和分泌（三）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送和分泌 中的作用中的作用有些蛋白质的投送信号存在于肽链内，有些蛋白质的投送信号存在于肽链内，但有些是与其糖链有关。

但有些是与其糖链有关 目录目录蛋白聚糖蛋白聚糖Proteoglycan第二节第二节目录目录ØØ蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖是是是是一条或多条糖胺聚糖以共价键与核一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的心蛋白形成的大分子糖复合物大分子糖复合物大分子糖复合物大分子糖复合物化合物Ø糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质Ø分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织粘液、眼玻璃体等组织目录目录n蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构组成组成核心蛋白核心蛋白糖胺聚糖糖胺聚糖糖胺糖胺糖醛酸糖醛酸葡萄糖胺葡萄糖胺半乳糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸目录目录一、一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组成的重复二糖单位组成的重复二糖单位糖胺聚糖（糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾称为）曾称为粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等•硫酸软骨素类硫酸软骨素类(chordroitin sulfates)•硫酸皮肤素硫酸皮肤素(dermatan sulfate)•硫酸角质素硫酸角质素(keratan sulfate)•透明质酸透明质酸(hyaluronic acid)•肝素肝素(heparin)和硫酸类肝素和硫酸类肝素(heparan sulfate) n体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6种）：种）：目录目录目录目录二、核心蛋白二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖均含有结合糖胺聚糖的结构域的结构域Ø核心蛋白（核心蛋白（core protein））为与糖胺聚糖为与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。

链共价结合的蛋白质Ø核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中胞表面或细胞外基质的大分子中目录目录1.大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖2.小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖3.跨膜胞内蛋白聚糖跨膜胞内蛋白聚糖n按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：目录目录透明质酸透明质酸连接蛋白连接蛋白核心蛋白核心蛋白硫酸角质素硫酸角质素硫酸软骨素硫酸软骨素糖蛋白亚基糖蛋白亚基骨骺软骨蛋白聚糖聚合物骨骺软骨蛋白聚糖聚合物n 蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物目录目录三、核心蛋白逐一加上糖基而形成三、核心蛋白逐一加上糖基而形成蛋白聚糖蛋白聚糖Ø在在内内质质网网上上合合成成核核心心蛋蛋白白多多肽肽链链，，同同时时在在高高尔基体内进行糖链延长或加工尔基体内进行糖链延长或加工Ø多多糖糖链链的的形形成成是是由由单单糖糖逐逐个个加加上上去去的的，，糖糖醛醛酸酸由由UDPGA提提供供；；单单糖糖要要由由UDP活活化化；；硫硫酸酸由由PAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于Gln。

目录目录四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白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、增殖和分化等有关细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关抗凝血（肝素）抗凝血（肝素）参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素）参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素）维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等 1. 1. 构成细胞外基质构成细胞外基质2. 2. 其它功能其它功能目录目录Ø每每一一聚聚糖糖都都有有一一个个独独特特的的能能被被蛋蛋白白质质阅阅读读，，并并与与蛋蛋白白质质相相结结合合的的三三维维空空间间构构象象，，即即糖糖密密码码(sugar code) n聚糖作为信息分子作用聚糖作为信息分子作用Ø特特异异的的聚聚糖糖结结构构被被细细胞胞用用来来编编码码若若干干重重要要信信息息，，诸诸如如糖糖蛋蛋白白的的胞胞内内定定向向转转运运、、细细胞胞与与细细胞胞的的相相互互作作用用、、组组织织与与器器官官发发育育以以及及细细胞胞外外信号转导等。