聚糖的結(jié)構(gòu)與功能

1、第第四四章章 聚糖的結(jié)構(gòu)與功能聚糖的結(jié)構(gòu)與功能Stucture and Function of Glycan糖類單糖多糖糖復合物(glycoconjugates)糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂(glycolipids) 糖復合物糖復合物(glycoconjugate)主要包括主要包括糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)、蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)和和糖脂糖脂(glycolipid)。 糖蛋白和蛋白聚糖都由共價連接的蛋白質(zhì)和糖蛋白和蛋白聚糖都由共價連接的蛋白質(zhì)和聚糖兩部分組成。聚糖兩部分組成。 糖蛋白糖蛋白分子中蛋白質(zhì)重量百分比大

2、于聚糖；分子中蛋白質(zhì)重量百分比大于聚糖；而而蛋白聚糖蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半以上。中聚糖所占重量在一半以上。概概 述述糖蛋白分子中聚糖及糖蛋白分子中聚糖及其合成過程其合成過程第一節(jié)一種或多種糖以共價鍵連接到肽鏈上的蛋白質(zhì)一種或多種糖以共價鍵連接到肽鏈上的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)含量較多，糖所占比例變動大，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)含量較多，糖所占比例變動大，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)的特性。蛋白質(zhì)的特性。分布分布細胞膜、溶酶體、細胞外液細胞膜、溶酶體、細胞外液n糖蛋白糖蛋白蛋白質(zhì)含量較多；含糖量變動大；聚糖結(jié)蛋白質(zhì)含量較多；含糖量變動大；聚糖結(jié)構(gòu)差異顯著。構(gòu)差異顯著。糖蛋白含糖量和聚糖結(jié)構(gòu)差異顯著糖蛋白含糖量和聚糖結(jié)構(gòu)差異顯著

3、組成糖蛋白的分子中聚糖的單糖的種類組成糖蛋白的分子中聚糖的單糖的種類葡萄糖葡萄糖(Glc)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)巖藻糖巖藻糖(Fuc)N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺(GlcNAc)N-乙酰神經(jīng)氨酸乙酰神經(jīng)氨酸(NeuAc)n 糖蛋白糖鏈的糖蛋白糖鏈的N-連接型和連接型和O-連接型連接型 連接方式N-連接：O-連接：一、一、N-N-連接糖蛋白的糖基化位點為連接糖蛋白的糖基化位點為Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr糖蛋白的糖鏈與蛋白部分的糖蛋白的糖鏈與蛋白部分的Asn-X-Ser序列的天氡酰胺氮以共價鍵連接稱序列的天氡酰

4、胺氮以共價鍵連接稱N- -連接糖蛋白連接糖蛋白。n定義：定義：N-N-連接糖蛋白中連接糖蛋白中Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr三個氨基三個氨基酸殘基的序列子稱為酸殘基的序列子稱為糖基化位點糖基化位點。糖蛋白分子中聚糖結(jié)構(gòu)的不均一性稱為糖蛋白分子中聚糖結(jié)構(gòu)的不均一性稱為糖型糖型(glycoform)(glycoform)。二、二、N- -連接聚糖結(jié)構(gòu)有高甘露糖型、連接聚糖結(jié)構(gòu)有高甘露糖型、復雜型和雜合型之分復雜型和雜合型之分 高甘露糖型高甘露糖型復雜性復雜性雜合型雜合型都有一個五糖核心都有一個五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsn三、三、N-連接寡糖的合成是

5、以長萜醇作連接寡糖的合成是以長萜醇作為聚糖載體為聚糖載體 N-連接寡糖是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上以長萜醇作為糖鏈連接寡糖是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上以長萜醇作為糖鏈載體，先合成含載體，先合成含14糖基的寡糖鏈，然后轉(zhuǎn)移至肽糖基的寡糖鏈，然后轉(zhuǎn)移至肽鏈的糖基化位點上，進一步在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體鏈的糖基化位點上，進一步在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進行加工而成。進行加工而成。 每一步加工都由特異的糖基轉(zhuǎn)移酶或糖苷酶每一步加工都由特異的糖基轉(zhuǎn)移酶或糖苷酶催化完成，糖基必須活化為催化完成，糖基必須活化為UDP或或UDP的衍生物的衍生物。長萜醇長萜醇-P-P聚糖的合成聚糖的合成三型三型N-聚糖的加工過程聚糖的加工過程 四、四、O- -連接連接聚糖

6、合成不需聚糖載體聚糖合成不需聚糖載體糖蛋白糖鏈與蛋白部分的絲糖蛋白糖鏈與蛋白部分的絲/ /蘇氨酸殘基的蘇氨酸殘基的羥基相連，稱為羥基相連，稱為O- -連接糖蛋白。連接糖蛋白。 O-O-連接寡糖有連接寡糖有N-N-乙酰半乳糖與半乳糖構(gòu)乙酰半乳糖與半乳糖構(gòu)成核心二糖，核心二糖可重復延長及分支，再成核心二糖，核心二糖可重復延長及分支，再接上巖藻糖、接上巖藻糖、N-N-乙酰葡萄糖胺等單糖。乙酰葡萄糖胺等單糖。n定義定義nO- -連接寡糖結(jié)構(gòu)連接寡糖結(jié)構(gòu) O-連接寡糖在連接寡糖在N-乙酰半乳糖基轉(zhuǎn)移酶的乙酰半乳糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下，在多肽鏈的絲作用下，在多肽鏈的絲/ /蘇氨酸的羥基上連接蘇氨酸的羥基上連接

7、上上N- -乙酰半乳基，然后逐個加上糖基直至乙酰半乳基，然后逐個加上糖基直至O-連接寡糖鏈的形成。連接寡糖鏈的形成。nO- -連接寡糖合成連接寡糖合成五、蛋白質(zhì)五、蛋白質(zhì)-N-乙酰氨基葡萄糖基化是乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的單糖基修飾可逆的單糖基修飾-N- -乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖(-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc)糖基化修飾，主要發(fā)生于膜蛋白和糖基化修飾，主要發(fā)生于膜蛋白和分泌蛋白。分泌蛋白。O-GlcNAc糖基化修飾是通過糖基化修飾是通過O-GlcNAc糖基轉(zhuǎn)糖基轉(zhuǎn)移酶移酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作用，將作用，將-N- -乙酰氨基

8、葡萄糖以共價鍵方式結(jié)合于蛋白質(zhì)乙酰氨基葡萄糖以共價鍵方式結(jié)合于蛋白質(zhì)的的Ser/Thr殘基上殘基上。O-GlcNAc糖基化蛋白質(zhì)的解離需要特異性糖基化蛋白質(zhì)的解離需要特異性的的-N-乙酰氨基葡萄糖酶乙酰氨基葡萄糖酶(O-GlcNAcase)作作用，用，O-GlcNAc糖基化與去糖基化是個動態(tài)糖基化與去糖基化是個動態(tài)可逆的過程?？赡娴倪^程。 O-GlcNAc糖基化位點常位于蛋白質(zhì)糖基化位點常位于蛋白質(zhì)Ser/Thr磷酸化位點處或其鄰近部位。糖基磷酸化位點處或其鄰近部位。糖基化后即會影響磷酸化的進行，反之亦然?；蠹磿绊懥姿峄倪M行，反之亦然。 六、六、糖蛋白分子中聚糖影響蛋白糖蛋白分子中聚糖影

9、響蛋白質(zhì)的半衰期、結(jié)構(gòu)與功能質(zhì)的半衰期、結(jié)構(gòu)與功能 糖蛋白的聚糖通常存在于蛋白質(zhì)表面環(huán)或轉(zhuǎn)角的序列處，糖蛋白的聚糖通常存在于蛋白質(zhì)表面環(huán)或轉(zhuǎn)角的序列處，并突出于蛋白質(zhì)的表面。有些糖鏈可能通過限制與它們連接并突出于蛋白質(zhì)的表面。有些糖鏈可能通過限制與它們連接的多肽鏈的構(gòu)象自由度而起結(jié)構(gòu)性作用。的多肽鏈的構(gòu)象自由度而起結(jié)構(gòu)性作用。O-O-連接型聚糖常連接型聚糖常成簇地分布在蛋白質(zhì)高度糖基化的區(qū)段上，有助于穩(wěn)固多肽成簇地分布在蛋白質(zhì)高度糖基化的區(qū)段上，有助于穩(wěn)固多肽鏈的結(jié)構(gòu)。一般來說，去除聚糖的糖蛋白，容易受蛋白酶水鏈的結(jié)構(gòu)。一般來說，去除聚糖的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，說明聚糖可保護肽鏈，延長半壽

10、期。有些酶的活性依賴解，說明聚糖可保護肽鏈，延長半壽期。有些酶的活性依賴其聚糖，脂蛋白脂肪酶其聚糖，脂蛋白脂肪酶N-N-連接型聚糖的核心五糖為酶活性連接型聚糖的核心五糖為酶活性所必需。所必需。（一）（一）聚糖可聚糖可 穩(wěn)固多肽鏈的結(jié)構(gòu)及延長半衰期穩(wěn)固多肽鏈的結(jié)構(gòu)及延長半衰期（二）糖蛋白聚糖加工可參與新生肽鏈折疊（二）糖蛋白聚糖加工可參與新生肽鏈折疊參與新生肽鏈的折疊并維持蛋白質(zhì)的正確參與新生肽鏈的折疊并維持蛋白質(zhì)的正確的空間構(gòu)象；的空間構(gòu)象；糖蛋白的糖基化與肽鏈的折疊及分揀密切糖蛋白的糖基化與肽鏈的折疊及分揀密切相關相關 。 （三）（三）聚糖可影響糖蛋白在細胞內(nèi)的靶向運輸聚糖可影響糖蛋白在細胞

11、內(nèi)的靶向運輸糖蛋白的聚糖可影響糖蛋白在細胞內(nèi)的靶向糖蛋白的聚糖可影響糖蛋白在細胞內(nèi)的靶向運輸?shù)牡湫屠邮侨苊阁w酶合成后向溶酶體的靶運輸?shù)牡湫屠邮侨苊阁w酶合成后向溶酶體的靶向運輸。向運輸。溶酶體酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后，其聚糖末端的甘溶酶體酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后，其聚糖末端的甘露糖在高爾基體被磷酸化成露糖在高爾基體被磷酸化成甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸，然后，然后與溶酶體膜上的與溶酶體膜上的甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸受體識別、結(jié)合，受體識別、結(jié)合，定向轉(zhuǎn)送至溶酶體內(nèi)。若聚糖鏈末端甘露糖不被定向轉(zhuǎn)送至溶酶體內(nèi)。若聚糖鏈末端甘露糖不被磷酸化，那么溶酶體酶只能被分泌至血漿，而溶磷酸化，那么溶酶體酶只能被分泌

12、至血漿，而溶酶體內(nèi)幾乎沒有酶，可導致疾病產(chǎn)生酶體內(nèi)幾乎沒有酶，可導致疾病產(chǎn)生。 （四）聚糖（四）聚糖參與分子間的相互識別參與分子間的相互識別聚糖中單糖分子連接的多樣性是聚糖中單糖分子連接的多樣性是聚糖起到聚糖起到分分子識別作用的基礎。子識別作用的基礎。受體與配體識別和結(jié)合也需聚糖的參與。受體與配體識別和結(jié)合也需聚糖的參與。細胞表面糖復合物的聚糖還能介導細胞細胞表面糖復合物的聚糖還能介導細胞- -細胞細胞的結(jié)合。的結(jié)合。 蛋白聚糖蛋白聚糖分子中的糖胺聚分子中的糖胺聚糖糖 蛋白聚糖蛋白聚糖是是一條或多條糖胺聚糖以共價鍵與核一條或多條糖胺聚糖以共價鍵與核心蛋白形成的心蛋白形成的大分子糖復合物大分子糖

13、復合物化合物?；衔?。 糖占比例大，約一半以上，具有多糖性質(zhì)。糖占比例大，約一半以上，具有多糖性質(zhì)。 分布于軟骨、結(jié)締組織、角膜基質(zhì)、關節(jié)滑液、分布于軟骨、結(jié)締組織、角膜基質(zhì)、關節(jié)滑液、粘液、眼玻璃體等組織。粘液、眼玻璃體等組織。 蛋白聚糖的結(jié)構(gòu)蛋白聚糖的結(jié)構(gòu)組成組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糖醛酸葡糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸一、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組成的重復二糖單位組成的重復二糖單位糖胺聚糖（糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾稱為）曾稱為粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。粘

14、多糖、氨基多糖和酸性多糖等。 硫酸軟骨素類硫酸軟骨素類(chordroitin sulfates) 硫酸皮膚素硫酸皮膚素(dermatan sulfate) 硫酸角質(zhì)素硫酸角質(zhì)素(keratan sulfate) 透明質(zhì)酸透明質(zhì)酸(hyaluronic acid) 肝素肝素(heparin)和硫酸類肝素和硫酸類肝素(heparan sulfate) n體內(nèi)重要的糖胺聚糖（體內(nèi)重要的糖胺聚糖（6種）：種）：二、核心蛋白二、核心蛋白均含有結(jié)合糖胺聚糖均含有結(jié)合糖胺聚糖的結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)域 核心蛋白（核心蛋白（core protein）為與糖胺聚糖為與糖胺聚糖鏈共價結(jié)合的蛋白質(zhì)。鏈共價結(jié)合的蛋白質(zhì)。 核

15、心蛋白均含有相應的糖胺聚糖取代結(jié)構(gòu)核心蛋白均含有相應的糖胺聚糖取代結(jié)構(gòu)域，一些蛋白聚糖通過這一結(jié)構(gòu)錨定在細域，一些蛋白聚糖通過這一結(jié)構(gòu)錨定在細胞表面或細胞外基質(zhì)的大分子中。胞表面或細胞外基質(zhì)的大分子中。大分子聚集型胞外基質(zhì)蛋白聚糖大分子聚集型胞外基質(zhì)蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基質(zhì)蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基質(zhì)蛋白聚糖跨膜胞內(nèi)蛋白聚糖跨膜胞內(nèi)蛋白聚糖n按核心蛋白和糖鏈成分的差別，蛋白聚糖分類：按核心蛋白和糖鏈成分的差別，蛋白聚糖分類：透明質(zhì)酸透明質(zhì)酸連接蛋白連接蛋白核心蛋白核心蛋白硫酸角質(zhì)素硫酸角質(zhì)素硫酸軟骨素硫酸軟骨素糖蛋白亞基糖蛋白亞基骨骺軟骨蛋白聚糖聚合物骨骺軟骨蛋白聚糖聚合物n 蛋白

16、聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物三、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在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成核心蛋白多肽鏈，同時在在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成核心蛋白多肽鏈，同時在高爾基體內(nèi)進行糖鏈延長或加工。高爾基體內(nèi)進行糖鏈延長或加工。多糖鏈的形成是由單糖逐個加上去的，糖醛多糖鏈的形成是由單糖逐個加上去的，糖醛酸由酸由UDPGA提供；單糖要由提供；單糖要由UDP活化；硫活化；硫酸由酸由PAPS提供；糖胺氨基來自于提供；糖胺氨基來自于Gln。四、蛋白聚糖是細胞間基質(zhì)重要成分四、蛋白聚糖是細胞間基質(zhì)重要成分在基質(zhì)中蛋白聚糖和彈性蛋白、膠原蛋白在基質(zhì)中蛋白聚糖和彈性蛋白、膠原蛋白以特殊方式連接，構(gòu)成基質(zhì)

17、的特殊結(jié)構(gòu)。這與以特殊方式連接，構(gòu)成基質(zhì)的特殊結(jié)構(gòu)。這與細胞的粘附、遷移、增殖和分化等有關。細胞的粘附、遷移、增殖和分化等有關?？鼓ǜ嗡兀┛鼓ǜ嗡兀﹨⑴c細胞識別結(jié)合與分化（細胞表面的硫酸素）參與細胞識別結(jié)合與分化（細胞表面的硫酸素）維持軟骨機械性能（硫酸軟骨素）等維持軟骨機械性能（硫酸軟骨素）等 1. 1. 構(gòu)成細胞外基質(zhì)構(gòu)成細胞外基質(zhì)2. 2. 其它功能其它功能第第 三三 節(jié)節(jié) 糖糖 脂脂Glycolipid糖脂糖脂（glycolipid）是糖通過是糖通過半縮醛羥基半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)以糖苷鍵與脂質(zhì)連接的化合物。連接的化合物。 鞘糖脂（鞘糖脂（sphingolipid）甘油糖脂甘

18、油糖脂類固醇衍生糖脂。類固醇衍生糖脂。 根據(jù)脂質(zhì)部分不同，糖脂可分為：根據(jù)脂質(zhì)部分不同，糖脂可分為：一、鞘糖脂是神經(jīng)酰胺被糖基化的一、鞘糖脂是神經(jīng)酰胺被糖基化的糖苷化合物糖苷化合物 鞘糖脂是以鞘糖脂是以神經(jīng)酰胺神經(jīng)酰胺為母體的化合物。其分子中為母體的化合物。其分子中的神經(jīng)酰胺的神經(jīng)酰胺1-位羥基被糖基化。位羥基被糖基化。 鞘糖脂分子中的單糖鞘糖脂分子中的單糖主要為：主要為：葡萄糖、半乳糖、葡萄糖、半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、乙酰葡萄糖胺、N-乙乙酰半乳糖胺、巖藻糖酰半乳糖胺、巖藻糖和唾液酸和唾液酸 （一）腦苷脂（一）腦苷脂(cerebroside)是不含唾液酸的中性是不含唾液酸的中性 鞘糖脂鞘糖

19、脂（二）硫苷脂（二）硫苷脂(sulfatide)是指糖基部分被硫酸化的是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂酸性鞘糖脂（三）神經(jīng)節(jié)苷脂（三）神經(jīng)節(jié)苷脂(ganglioside)是含唾液酸的酸性是含唾液酸的酸性鞘糖脂鞘糖脂根據(jù)分子中是否含有唾液酸或硫酸基成根據(jù)分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘糖脂可分為：分，鞘糖脂可分為：中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 幾種鞘糖脂的化學結(jié)構(gòu)幾種鞘糖脂的化學結(jié)構(gòu)二、髓磷脂中含有甘油糖脂二、髓磷脂中含有甘油糖脂 甘油糖脂（甘油糖脂（glyceroglycolipid）也稱糖基甘油脂，）也稱糖基甘油脂，由二酰甘油分子由二酰甘油分子3位上的羥基與糖基連接而成。

20、位上的羥基與糖基連接而成。 單半乳糖基二酰甘油單半乳糖基二酰甘油 二半乳糖基二酰甘油二半乳糖基二酰甘油目目 錄錄聚糖結(jié)構(gòu)中蘊含大量生物信息聚糖結(jié)構(gòu)中蘊含大量生物信息第四節(jié)第四節(jié)每一聚糖都有一個獨特的能被蛋白質(zhì)閱讀，每一聚糖都有一個獨特的能被蛋白質(zhì)閱讀，并與蛋白質(zhì)相結(jié)合的三維空間構(gòu)象，即并與蛋白質(zhì)相結(jié)合的三維空間構(gòu)象，即糖密糖密碼碼(sugar code)。 n聚糖作為信息分子作用聚糖作為信息分子作用特異的聚糖結(jié)構(gòu)被細胞用來編碼若干重要信特異的聚糖結(jié)構(gòu)被細胞用來編碼若干重要信息，諸如糖蛋白的胞內(nèi)定向轉(zhuǎn)運、細胞與細息，諸如糖蛋白的胞內(nèi)定向轉(zhuǎn)運、細胞與細胞的相互作用、組織與器官發(fā)育以及細胞外胞的相互作用、組織與器官發(fā)育以及細胞外信號轉(zhuǎn)導等。信號轉(zhuǎn)導等。一、一、聚糖組分是糖蛋白執(zhí)行功能所必需聚糖組分是糖蛋白執(zhí)行功能所必需 各類多糖或聚糖的生物合成并沒有類似核酸、蛋白質(zhì)各類多糖或聚糖的生物合成并沒有類似核酸、蛋白質(zhì)合成所需模板的指導，而聚糖中的糖基序列或不同糖合成所需模板的指導，而聚糖中的糖基序列或不同糖苷鍵的形成，主要取決于糖基轉(zhuǎn)移酶的特異性識別糖苷鍵的形成，主要取決于糖基轉(zhuǎn)移酶的特異性識別糖底物和催化作用。依靠多種