糖蛋白的作用

1、糖蛋白的作用含糖的蛋白質，由寡糖鏈與肽鏈中的肯定氨基酸殘基以糖苷鍵共價連接而成。其主要生物學功能為細胞或分子的生物識別，如卵子受精時精子需識別卵子細胞膜上相應的糖蛋白。受體蛋白、腫瘤細胞表面抗原等亦均屬糖蛋白。 糖蛋白普遍存在于動物、植物及微生物中，種類繁多，功能廣泛?？砂创嬖诜绞椒譃槿悾嚎扇苄蕴堑鞍祝嬖谟诩毎麅纫?、各種體液及腔道腺體分泌的粘液中。血漿蛋白除白蛋白外皆為糖蛋白。可溶性糖蛋白包括酶（如核酸酶類、蛋白酶類、糖苷酶類）、肽類激素（如絨毛膜促性腺激素、促黃體激素、促甲狀腺素、促紅細胞生成素）、抗體、補體、以及某些生長因子、干擾素、抑素、凝集素及毒素等。膜結合糖蛋白，其肽鏈由疏水肽段

2、及親水肽段組成。疏水肽段可為一至數個，并通過疏水相互作用嵌入膜脂雙層中。親水肽段暴露于膜外。糖鏈連接在親水肽段并有嚴格的方向性。在質膜表面糖鏈一律朝外；在細胞內膜一般朝腔面。膜結合糖蛋白包括酶、受體、凝集素及運載蛋白等。此類糖蛋白常參與細胞識別，并可作為特定細胞或細胞在特定階段的表面標志或表面抗原。結構糖蛋白，為細胞外基質中的不溶性大分子糖蛋白，如膠原及各種非膠原糖蛋白(纖粘連蛋白、層粘連蛋白等)。它們的功能不僅僅是作為細胞外基質的結構成分起支持、連接及緩沖作用，更重要的是參與細胞的識別、粘著及遷移，并調控細胞的增殖及分化。 寡糖鏈通常指由 210個單糖基借糖苷鍵連成的聚合體。糖蛋白的寡糖鏈多

3、有分枝。由于單糖的端基碳(異頭碳)原子有、兩種構型，而且單糖分子中存在多個可形成糖苷鍵的羥基，因此，糖鏈結構的多樣性超過多核苷酸及肽鏈。在糖鏈結構中可以貯存足夠的識別信息，從而在分子識別及細胞識別中起打算性作用。糖蛋白參與的生理功能包括凝血、免疫、分泌、內吞、物質轉運、信息傳遞、神經傳導、生長及分化的調整、細胞遷移、細胞歸巢、創(chuàng)傷修復及再生等。糖蛋白的糖鏈還參與維持其肽鏈處于有生物活性的自然構象及穩(wěn)定肽鏈結構， 并賜予整個糖蛋白分子以特定的理化性質（如潤滑性、粘彈性、抗熱失活、抗蛋白酶水解及抗凍性等）。 糖蛋白與很多疾病如感染、腫瘤、心血管病、肝病、腎病、糖尿病以及某些遺傳性疾病等的發(fā)生、進展

4、有關。再者，細胞表面的糖蛋白及糖脂可“脫落”到四周環(huán)境或進入血循環(huán)，它們可以作為特別的標志為臨床診斷供應信息；患某些疾病時體液中的糖蛋白亦常有特異性或強或弱的轉變,這可有助于診斷或預后的推斷。糖蛋白還日益介入治療。例如，針對特定細胞表面特異性糖結構的抗體可作為導向治療藥物的定向載體。利用糖類（單糖、寡糖或糖肽）抗感染及抗腫瘤轉移也已嶄露頭角。 生物合成及降解 糖蛋白的生物合成就蛋白質部分而言與一般分泌蛋白質相同，在粗面內質網進行。糖鏈的生物合成在肽鏈延長的同時和（或）以后進行。始于粗面內質網，經滑面內質網，完成于戈爾吉氏體，有的甚至在到達質膜后在那里最終完成。肽鏈的糖基化及糖鏈的延長都在各種糖

5、基轉移酶的催化下進行。糖基轉移酶有兩個作用物。一個是活化形式的單糖，作為糖基的供體，另一個是肽鏈或寡糖鏈，作為糖基的接受體。糖基轉移酶對供體及接受體皆有嚴格的特異性。一種糖苷鍵由一種酶催化形成。糖鏈的結構及糖基排列挨次無模板可循，而是由糖基轉移酶的特異性（包括單糖基種類、端基碳構型、糖苷鍵連接位置及接受體結構）及其作用的先后挨次打算，因此是由基因通過糖基轉移酶而間接把握的，屬于基因的次級產物。 糖蛋白的降解可從糖鏈開頭，亦可從肽鏈開頭，糖蛋白肽鏈的降解同樣是在各種蛋白水解酶的催化下進行的。糖鏈的水解由各種糖苷酶催化。糖苷酶分為外切及內切糖苷酸兩大類。外切糖苷酶水解糖鏈非還原末端的糖苷鍵,每次水

6、解下一個單糖。這類糖苷酶主要存在于溶酶體中，參與糖蛋白、糖脂及蛋白聚糖的分解代謝。糖苷酶對于所水解的糖苷鍵及作用物的糖結構（有的不僅要求肯定的單糖，還要求肯定的糖鏈結構）具有嚴格的特異性。一條糖鏈的完全水解是在一系列糖苷酶依次作用下完成的，每種糖苷酶只能水解下來一個特定的單糖。假如缺少一種糖苷酶,則下一步的糖苷水解被阻斷,導致糖鏈水解不完全，而致分解代謝中間產物在細胞內積累成為糖累積癥。例如缺乏 甘露糖苷酶或L巖藻糖苷酶可分別引起甘露糖苷或巖藻寡糖、糖肽的積累。它們多為先天性酶缺失所造成，屬于遺傳性疾病。血漿糖蛋白的降解在肝中進行，其非還原末端唾液酸基直接把握其清除率。內切糖苷酶可水解糖鏈中的

7、糖苷鍵。常作為工具酶用于糖鏈結構的爭辯。主要存在于微生物及植物中，動物組織中少見。其特異性格外嚴格。除糖蛋白外,透亮質酸及細菌壁胞壁酸的降解亦由內切糖苷酶(如透亮質酸酶及溶菌酶)催化。 生物學作用 生物界種類繁多的糖蛋白執(zhí)行著千差萬別的生物學功能。如作為酶的糖蛋白催化體內的物質代謝；作為免疫分子的糖蛋白參與免疫過程；作為激素的糖蛋白參與體內生理、生物化學活動的調整等等。糖蛋白中糖鏈的生物學作用是爭辯的熱點，很多問題還未闡明。大致可歸納為直接或間接參與生物學功能兩種狀況。直接參與生物學功能方面的作用與細胞或分子的生物識別有關；間接作用則在于維持整個分子的自然構象，保持肯定的活性壽期及打算理化特性

8、等。 糖蛋白糖鏈最獨特的生物學作用是參與生物識別。細胞識別無論對于個體發(fā)生還是成體生命活動的維持都具有打算性意義。例如，同種受精打算于精子表面和卵透亮帶糖蛋白糖結構的相互識別。細胞表面糖蛋白還參與早期胚胎發(fā)育過程中內細胞團及滋養(yǎng)層的形成及隨后組織、器官形成過程中同類細胞在識別基礎上所發(fā)生的聚集。胚胎發(fā)育需全能細胞進行分化。通過細胞遷移及生物識別，相同的細胞在肯定部位聚集成團，最終進展為特定的器官。這些過程依靠于特異性的細胞識別及選擇性的細胞粘合。糖蛋白糖鏈是細胞識別及粘合的分子依據。在結構多樣的糖鏈中存貯著足夠的各種識別信息。抑制糖蛋白糖鏈的生物合成則胚胎發(fā)育中止。在胚胎發(fā)育的不同階段及細胞增

9、殖的不同時相細胞表面糖蛋白不斷發(fā)生轉變。某些細胞表面糖蛋白可以作為不同發(fā)育階段或不同生活狀態(tài)的標志。例如,神經細胞粘合分子(N-CAM),是一種存在于細胞表面的質膜糖蛋白,其糖鏈含有多個唾液酸基。多唾液酸鏈隨發(fā)育而縮短，至成年時期消逝。糖鏈中唾液酸的這些變化對不同時期細胞間的相互作用有肯定調整意義。 N-CAM可能在胚胎發(fā)育中對細胞間相互作用具有普遍性重要意義，對神經細胞間的突觸聯系及神經肌肉連接的建立更具有特殊重要作用。在若干惡性腫瘤細胞表面亦發(fā)覺具有多唾液酸糖鏈的N-CAM。 細胞歸巢在造血、毀血及淋巴細胞再循環(huán)中必不行缺。在血中循環(huán)的造血干細胞（來自卵黃囊）需到骨髓中進行增殖、分化；淋巴

10、細胞在血流及淋巴樣器官（脾、淋巴結及扁桃體）間保持再循環(huán)。血循中造血干細胞及淋巴細胞的歸巢都是通過細胞表面的受體（亦屬于凝集素）來認別靶組織中糖鏈上的糖基而進行。年輕紅細胞“歸巢”入脾是由于其表面的帶糖蛋白糖鏈游離末端的唾液酸基大為削減，導致次末端的半乳糖基暴露。它可與免疫球蛋白G結合,從而可被脾內的吞噬細胞識別并內吞。至于致病微生物感染寄主細胞亦必需首先粘附于靶細胞。微生物與靶細胞間的特異性粘合作用不僅可以解釋為感染寄主的選擇性，而且已有不少證據表明這種特異性粘合是由糖蛋白糖鏈介導的。 還有一些粘合分子是細胞外的游離成分，由相互作用的細胞產生或由遠處的某些細胞產生，分泌至細胞外并運送至細胞間

11、。這些粘合分子作為橋梁介導細胞間的識別及粘合。如出血時血小板的聚集是由兩種細胞外糖蛋白及其在血小板膜上相應的受體糖蛋白介導的識別及粘合。這兩種糖蛋白是血漿中的血小板反應蛋白及纖維蛋白原。它們彼此之間亦發(fā)生特異性識別及結合，并為其糖結構所介導。 糖鏈亦參與細胞與細胞外基質的粘著作用。細胞外基質的主要成分都是含糖的蛋白質，如膠原、非膠原糖蛋白及蛋白聚糖等。在各種細胞表面則分別存在著特異性結合肯定基質成分的受體糖蛋白。這種結合是有選擇性的。例如，上皮細胞與基膜中的型膠原、層粘連蛋白及硫酸乙酰肝素蛋白聚糖結合；成纖維細胞與或型膠原、纖粘連蛋白結合；軟骨細胞與型膠原、軟骨粘連蛋白及硫酸軟骨素蛋白聚糖結合

12、。細胞外基質成分對細胞的增殖、分化、形態(tài)、代謝及遷移有打算作用。這對胚胎發(fā)育、細胞分化及創(chuàng)傷修復是格外關鍵的。例如，造血干細胞只有在適于它們增殖及分化的骨髓基質中才能進行造血過程。骨髓的體外長期培育亦必需為其供應相應的造血環(huán)境。細胞與細胞外基質之間借助于肯定糖結構的結合，在惡性腫瘤細胞的轉移過程中亦具有打算性作用。 細胞與其外環(huán)境中可溶性糖蛋白（如激素、抑素、干擾素、抗體、生長因子、細胞因子、毒素等等）的作用不但對細胞的增殖、分化、代謝及功能產生深刻影響，而且對維持整個機體內環(huán)境的穩(wěn)定具有重要意義。已有一些試驗證明某些可溶性糖蛋白與細胞的作用由糖鏈介導。糖蛋白激素在去除糖鏈后，則生物學活性丟失

13、。迄今發(fā)覺的20種血型體系中的 160多種血型抗原完全或主要由糖蛋白及糖脂的寡糖打算。A型、B型及 O型血者的抗原打算簇分別是 -D-N乙酰氨基半乳糖基、 -D半乳糖基及L巖藻糖基。組織相容性抗原亦為糖蛋白。其抗原特異性與糖鏈結構有關。 糖鏈與免疫的關系日益受到重視。已發(fā)覺補體系統(tǒng)可在無特異性抗體存在的狀況下被肯定的糖鏈結構活化。不但各種免疫球蛋白都是糖蛋白,其糖鏈結構對抗原-抗體結合的特異性有肯定影響;而且很多免疫介質,如淋巴因子、單核因子、幫助因子、抑制因子、活化因子、趨化因子、毒性因子、干擾素、白細胞介素等及其在免疫細胞表面的受體都是糖蛋白。不少證據表明糖鏈參與其相互識別和結合。干擾素亦

14、與靶細胞表面的糖結構相結合。 凝集素是廣泛存在于動物、植物及微生物中的一類蛋白質，它由非免疫途徑產生并特異地與肯定糖結構相結合。很多凝集素本身亦為糖蛋白。各種凝集素識別與結合糖結構的特異性強弱不等?？隙ǖ哪乜赡隙ǚN類的細胞，并可選擇性地刺激細胞的有絲分裂。凝集素的上述作用可被特定的單糖或寡糖或糖肽抑制。細胞表面的糖蛋白或糖脂在體外可被肯定的外源性凝集素識別并結合，有人稱之為凝集素的受體。凝集素即通過其多價性及細胞表面受體而引起細胞凝集。凝集素可存在于體液中及細胞表面。在各種原核細胞及真核細胞生物中發(fā)覺的凝集素已多達百余種。其生物學功能簡單而多樣。但基本作用都是對細胞或游離分子進行識別。

15、例如，在鼠、兔及人的肝細胞質膜中有識別半乳糖的凝集素（肝凝集素）。血漿中的蛋白質多為以唾液酸為非還原末端的 N糖苷糖蛋白。去唾液酸后暴露出次末端的半乳糖基，可快速被肝細胞通過肝凝集素識別而結合，進而引起內吞，從而將去唾液酸血漿糖蛋白攝取，從血中清除并在溶酶體中降解。以致其半壽期縮短至若干分鐘。嚴峻肝炎、肝硬變及肝癌的組織中缺乏肝凝集素，從而導致血中去唾液酸糖蛋白的積累。另外，在腎、腸上皮，甲狀腺及骨髓細胞表面亦發(fā)覺結合半乳糖的凝集素。在肝庫普弗氏細胞及脾、肺巨噬細胞表面存在識別和結合甘露糖及乙酰氨基葡萄糖的凝集素。這些細胞表面凝集素一旦與相應配體結合便可引起內吞，內吞后配體在溶酶體中被消化。而

16、凝集素本身可再循環(huán)至細胞表面。 糖蛋白糖鏈對引導在粗面內質網合成的蛋白質到達預定部位有打算性作用。很多分泌蛋白質必需經過糖基化才能分泌到細胞外。若糖基化被阻斷則不能分泌出去。溶酶體的各種水解酶在內質網及戈爾吉氏體合成后集中在初級溶酶體內，這亦由其糖鏈打算。全部各種溶酶體酶，除組織蛋白酶B1外，都是高甘露糖型糖蛋白，其某些甘露糖基發(fā)生6位磷酸化。這些帶有6磷酸甘露糖(Man-6-P) 標志的溶酶體酶與定位在戈爾吉氏體膜腔面肯定部位的受體相結合。這些受體實際上是特異性識別Man-6-P 的凝集素。通過這些集中分布在肯定膜區(qū)的受體帶有M-6-P標志的溶酶體酶被集中起來,再通過該膜區(qū)的發(fā)泡，從戈爾吉氏

17、體形成膜內面掛著全套溶酶體酶的初級溶酶體。溶酶體膜含有高度糖基化（每條肽鏈上帶10余條糖鏈）的糖蛋白，其糖鏈富含唾液酸，并朝向腔面。這些糖蛋白糖鏈不但可以防止溶酶體膜被溶酶體內的水解酶降解破壞，而且可以在溶酶體腔面形成低pH值環(huán)境，使溶酶體酶與膜受體的結合減弱，然后溶酶體酶的糖鏈發(fā)生脫磷酸。由于脫磷酸去除了可被膜受體識別的標志，各種水解酶遂游離于溶酶體囊腔內。當時級溶酶體與內吞泡融合后溶酶體酶即可水解經內吞進入細胞的大分子及細胞、組織碎屑。此外，在細胞表面亦存在特異性識別 Man6P的受體?？蓪⒎置谥良毎獾娜苊阁w酶結合并內化回收。細胞表面識別 Man6P的受體只占細胞總受體量的10，其余90

18、存在于溶酶體、戈爾吉氏體及內質網。人類罹患的一種稀有病，I-細胞(inclusion-cell)病系在細胞內積累大量的高分子量糖復合物,可造成早天。其缺陷主要是缺乏UDP-N乙酰氨基葡萄糖基轉移酶,因而溶酶體酶缺乏Man-6-P標志。以致其各種溶酶體水解酶不存在于溶酶體內而被分泌至細胞外。其溶酶體膜及細胞表面雖存在正常的識別 Man-6-P的受體，卻不能將自身的溶酶體酶按正常路線運送。但可將外源性正常的帶標志的溶酶體酶回收并運至溶酶體。 植物凝集素常有不同程度的細胞毒性。毒性強的凝集素有蓖麻毒素、相思豆毒素等。它們都識別并結合含半乳糖的糖鏈。這些毒素由 A、B兩個亞單位組成。B亞單位與細胞表面

19、的糖基結合,A亞單位進入胞質與核糖核蛋白體結合從而抑制蛋白質生物合成，其作用原理類似于酶的催化作用，催化核蛋白體因子失活。胞質中只需幾個分子細胞毒凝集素即可完全阻斷蛋白質的合成。因而僅極少量即可置人于死地。將細胞毒凝集素與抗腫瘤細胞的特異性抗體偶聯，可定向殺傷體內的腫瘤細胞。 有些糖蛋白的糖鏈本身并無直接的生物學功能。而可對肽鏈的加工及其構象施以把握。一些多肽或蛋白質以巨大的前體形式在細胞內合成，然后被特異性蛋白酶水解釋出成熟的有生物活性的分子，例如垂體的一些激素是以前體的形式生成的。前體上的糖鏈可把握其在適當的部位被蛋白酶水解，從而有效地產生生物活性成分。再如，若抑制前膠原的糖鏈合成，則不能生成膠原。糖鏈又可以把握肽鏈的折迭及穩(wěn)定肽鏈的自然構象，去除糖鏈則某一區(qū)域的構象轉變，影響其生物學活性。如免疫球蛋白G(IgG)去除糖鏈則與抗原結合的構象轉變。此外，糖鏈還打算糖蛋白分子的理化性質，使其具有：抗蛋白酶水解性，使糖蛋白分子在體內可維持肯定的壽期。蛋白酶的糖鏈可愛護其肽鏈不被自家水解而保持催化活力。體液中的糖蛋白糖鏈可愛護其不至快速被體液中的各種蛋白酶水解