糖基化作用在生物医药合成.ppt

糖基化作用在生物医药合成方面的应用 杜奎 导师：郑辉 目录 一 糖基化的定义 二 糖基化作用前沿发展的介绍 三 一种理论上可行的糖基化作用的方法 四 糖类医药对中药物现代化的推动作用 糖基化的定义 中文名称： 糖基化 英文名称： Glycosylation 定义： 在酶作用下，非糖生物分子和糖形成 共价结合的过程或反应 科学家把研究生物体内多糖的科学叫 做“糖生物学”，也有人沿袭“基因组学” 和“蛋白质组学”的概念把这们学科叫做 “糖原组学”。糖生物学这一个名词的提 出是在1988年。牛津大学德威克教授 在当年的生化年评中撰写了以“糖 生物学”为题的综述，这标志了糖生物 学这一新的分支学科的诞生。 糖与蛋白质、脂类和核酸一样，是组 成细胞的重要成分，核酸分子中也不 能没有核糖，从分子生物学的研究知 道，糖不但是细胞能量的主要来源， 在细胞的构建、细胞的生物合成和细 胞生命活动的调控中，均扮演着重要 的角色。 糖生物学有着广阔的应用前景，它是 生物化学和生物医学学科交叉的新前 沿。生物学家发现，糖结构的微小差 异可能对生物功能有重大影响。事实 上，糖涉及到从胚胎发育到免疫系统 控制的每一件事情。在所有器官中， 糖无所不在。对糖生物学的深入研究 可能会产生新药，或改进现有药物的 疗效。例如，加有适量糖的、基于蛋 白质的药物，可能产生更有效的治疗 ，以及减少所需药物剂量。 糖基化作用前沿发展的介绍 目前糖生物学研究中前沿领域是糖基化 、细胞粘附分子( 即识别糖链信息分子的蛋 白质) 及糖在微生物感染中的作用三个领域 。随着糖结构分析技术的不断发展和完善, 免疫球蛋白的寡糖链在维系蛋白空间构象和 生物功能中的作用, 及其糖链异常所引起的 病理性改变也进一步明确, 这也是当今糖生 物学研究的重点之一 含氮化合物在生理和医药方面都具 有很大的作用，比如喹啉衍生物就具 有抗癌，抗病毒等性质。所以能否通 过糖基化作用将喹啉衍生物接到糖上 去增加糖的生理特性是我们所感兴趣 的。 糖链结构与功能的阐明将是后基因组 时代生命科学研究的核心内容之一， 对人类健康的维护和疾病的防治将产 生深远影响。糖链的结构具有惊人的 多样性、复杂性和微观不均一性，其 一级结构的内容不仅包括糖基的排列 顺序，还包括各糖基的环化形式、各 糖基本身异头体的构型、各糖基间的 连接方式以及分支结构的位点和分支 糖链的结构。因此天然糖链结构的研 究重点目前主要放在了对催化糖链形 成的酶的研究上 糖链结构与功能的阐明将是后基因组 时代生命科学研究的核心内容之一， 对人类健康的维护和疾病的防治将产 生深远影响。病毒、细菌、真菌、寄 生虫等病原体，为了能进入细胞内， 首先必须和细胞表面的糖类结合。最 常见的流感病毒的感染就是它先和宿 主细胞表面的带有唾液酸的糖链结合 。糖特别是糖复合物中糖链的功能多 种多样，如从空间上调节糖复合物的 空间结构、保护多肽链不被蛋白酶水 解、防止与抗体识别等。 目前人们已经发现许多糖链特别是糖 缀合物在生物信息传达中发挥着重要 的作用，如在糖蛋白（目前研究的重 点）中，糖链对蛋白质的功能起修饰 作用，通过影响蛋白质的整体构象从 而影响由构象决定的所用功能，如正 确折叠、细胞内定位、抗原性、细胞- 细胞黏附和结合病原体等；在糖脂中 人们已经证明了血型的决定物质是糖 链，在神经组织及大脑中更是存在大 量的糖脂，但其生理意义仍了解不多 。 正在兴起的糖原组学是研究糖和碳水 化合物的。长期以来，碳水化合物是 生物化学研究中最缺少魅力的学科。 一些科学家认为，糖只是存储能量， 形成诸如植物细胞壁结构等，但现在 人们对糖逐渐另眼相看。生物学家发 现，糖结构的微小差异可能对生物功 能有重大影响。 研究表明，糖组和糖组学是两个不同 的概念。糖组是表象，糖组学是本质 。根据基因组和蛋白质组的定义，糖 组也很自然地被定义为单一生物体内 的整套聚糖。糖组比基因组和蛋白质 组要复杂得多，糖组中的聚糖类物质 其组成和结构远远复杂于基因组和蛋 白质组且难以找到其规律性。 目前糖生物学研究的热点领域主要集 中于糖基化工程、糖组学及糖类治疗 剂的开发。糖基化工程研究主要为糖 蛋白链功能的分析和糖基化表达体系 构建，为解决基因工程药物的免疫原 性、生物活性及药物设计等问题而提 供指导。糖组学是在蛋白组学基础上 发展起来的一个崭新的研究领域。关 于糖类活性物质应用开发的研究，取 得了巨大的进展。 中医中药是中国的国宝，中草药含有 大量的水溶性物质，就是多糖和寡糖 。中草药传统的服药途径是水煎，水 煎过程即是提取糖的过程，进入到病 人体内的中草药组分是糖类物质，起 的作用也与多糖寡糖作用相似，其作 用多方面、持久温和。把生命科学的 最新进展、研究成果、新技术应用到 糖类药物研究与开发上，就会创造出 为人类健康做出贡献的新药，同时也 会给中药现代化开拓了新方向、新领 域、新技术。 一种理论上可行的糖基化作用的 方法 在糖基提供者和合适的喹啉衍生物糖基 接受者之间形成配糖链 一个模型反应 制备4-（4-O-乙酰- -D-吡喃葡萄糖基）喹啉-2 -酮 糖基提供者的选择 糖基接受者的来源.结构.选择 糖基化作用的分析和条件的选择 糖基化反应 脱酰基化 对不同的取代基进行分析和药理的选择 糖类医药对中药物现代化的推动作用 值得特别指出的是糖生物学( Glycobiology ) 和糖类药物( Carbohydrate Drug) 的交互发展为中医药的研究进展提供了 一个极好的机遇。由于糖类生物学意义的长期不明确和糖类化 合物化学研究( 如分离纯化、结构鉴定、化学合成等) 的困难 重重, 作为中药重要成分的糖类化合物是植物化学研究中一直 被忽略的部分。 中医药的一些医疗特性与糖的功能特点相符合。如中药 的作用相对西医温和,且需较长疗程, 而其相对应的是糖参与的 生物过程的外观表现也不像涉及蛋白质和核酸的过程那样快速 显著; 又如中药相对西药使用大的剂量和多成分的混合物。相 对应的是糖与其它分子的作用相对较弱, 一个糖参与的过程的 发生往往需要多位点或多靶点的共同作用; 再如中医药强