糖生物学与糖衍生物.ppt

细胞膜表面的糖蛋白识别位点常称之为受体 相互作用的两个成分在表面的结合 导致了细胞与细胞间的粘合 ABO血型的分子基础 糖链结构的多样性 A型和B型的抗原决定簇之间的差异在于糖链非还原末端的糖基是N 乙酰氨基半乳糖还是半乳糖 或者说是一个末端糖基上第2位碳原子上的基团是N 乙酰氨基还是羟基 而O型血的携带者 在相应的糖链上缺少这个末端糖基 2 短糖链结构决定糖蛋白或相关细胞的命运肝脏选择性吸收带有半乳糖 唾液酸糖链结构的糖蛋白机制 例如血浆铜兰蛋白 转运铜离子的蛋白 他依靠肝细胞膜上的特殊糖受体相互作用而决定是否被肝细胞吸收或消灭 用两个酶 首先是神经氨酸酶 然后是半乳糖氧化酶与这个蛋白质一同保温 可以驱除铜兰蛋白的糖识别链的关键成分 神经氨酸酶去除糖链末端的唾液酸 暴露出半乳糖 此时肝细胞可以迅速地吸收掉此蛋白 但是暴露的半乳糖如被半乳糖氧化酶氧化 此蛋白则可以正常存在于血液之中 说明半乳糖是肝脏细胞识别此糖蛋白的标志 而唾液酸只是起到暂时掩盖或隐蔽半乳糖被识别的作用 据研究 老的红细胞比幼稚红细胞有较少的唾液酸残基 而用神经氨酸酶处理幼稚红细胞 使其唾液酸残基被人为消除 结果幼稚红细胞的寿命由正常的120分钟迅速地缩短为几分钟 当用适当的方法如糖苷酶祛除白细胞表面的末端岩藻糖残基时 白细胞就迅速地被脾脏而不是肝脏吸收 由细胞分泌到细胞外介质中的溶菌酶带有一个6 磷酸甘露糖结尾的糖识别链 此链起到指导被其他细胞再吸收 进一步包装成新的溶酶体的作用 3 免疫识别的作用现代研究结果表明 免疫系统的细胞是通过其表面的结合糖识别链与相关的受体特异性的结合来确定哪些是外来细胞或生物大分子 哪些是自身细胞或生物大分子 燕秋 朱正美 免疫球蛋白的糖链与自身免疫疾病 生命的化学 1999 19 3 Ig是体液免疫的主力军 体内的抗体也属此类 它们可特异识别并结合抗原异物 对机体起防御和保护作用 Ig包括IgG IgM IgA IgD和IgE五类 各类Ig均是糖蛋白 其中以IgG含糖最少 为2 3 IgA为8 其它各型为7 15 寡糖链可连接在Ig的Fab Fc及绞链区 IgG的糖链高度不均一 但其糖化仍有一定规律 即具有位点特异性和高度可重复性 Fab区糖基的结合数和位置变化多端 具体取决于肽链与糖基相连的局部特性 在Fc区的CH2段上各有一个保守的糖基化位点 寡糖链有以下几个作用 1 保持CH2区稳定性 免受蛋白酶水解 2 维持IgG与Clq正常结合 3 维持绞链区单核细胞结合部位 234 237位氨基酸 的稳定性 4 细胞与细胞间的粘连如果一个细胞表面上所带的糖分子 与另一个细胞表面的特殊受体相互作用 细胞就被彼此粘连在一起 或通过粘连因子和凝集素将两个细胞连接在一起 进而形成组织器官 5 寡糖的改善肠道功能的作用李军生 阎柳娟 豆类低聚糖的开发应用 广西工学院学报 1997 8 3 68 73 许多低聚糖 如 乳糖 甘露聚糖 蔗果低聚糖等 不能被人体利用 但是却是人体肠道微生物 双歧杆菌的营养成分 因此低聚糖具有改善人体肠道功能的作用 6 多糖的医药功能近二十年来 由于分子生物学的发展 人们逐渐认识到糖及其复合物分子具有极其重要的生物功能 多糖与免疫功能的调节 细胞与细胞的识别 细胞间物质的运输 癌症的诊断与治疗等 都有着密切的关系 此外它还能控制细胞的分裂和分化 调节细胞的生长和衰老 1984年 苏联人在荷兰召开的第十二次国际碳水化合物讨论会上报道了用全合成特定结构的荚膜多糖作疫苗 受到与会者的极大兴趣 尔后 有关真菌多糖的研究更为深入和广泛 如酵母菌多糖 食用菌多糖 特别是食用菌多糖的研究 报道数量较高 其中以香菇多糖研究得较清楚 日本将香菇多糖 云芝多糖 PS K投入市场之后 并取得了显著的效益 1995年3月 亚洲分子生物学组织 AMBO 还在日本举办了 糖生物学和糖工程 培训班 也就是说 糖生物学的时代正在加速来临 多糖具有储藏能量 结构支持和抗原决定性等多种生物功能 越来越多的多糖生物学功能被揭示 多糖主要通过以下途径而发挥促进免疫功能 1 提高巨噬细胞的吞噬能力 诱导白细胞介素1 IL 1 和肿瘤坏死因子 TNF 的生成 具有这种免疫促进功能的多糖有香菇多糖 黑柄炭角多糖 裂裥菌多糖 细菌脂多糖 牛膝多糖 商陆多糖 树舌多糖 海藻多糖等 2 促进T细胞增殖 诱导其分泌白细胞介素2 IL 2 具有这类免疫促进功能的多糖有中华猕猴桃多糖 猪苓多糖 人参多糖 刺五加多糖 枸杞子多糖 芸芝多糖肽 香菇多糖 灵芝多糖 银耳多糖 商陆多糖I 黄芪多糖等 3 促进淋巴因子激活的杀伤细胞 LAK 活性 这类多糖有枸杞子多糖 黄芪多糖 刺五加多糖 鼠伤寒菌内毒素多糖等 4 提高B细胞活性 增加多种抗体的分泌 加强机体的体液免疫功能 这类多糖有银耳多糖 香菇多糖 褐藻多糖 苜蓿多糖等 5 通过不同途径激活补体系统 有些多糖是通过替代通路激活补体的 有些则是通过经典途径 这类多糖有酵母多糖 裂裥菌多糖 当归多糖 茯苓多糖 酸枣仁多糖 车前子多糖 细菌脂多糖 香菇多糖等 多糖能抑制病毒反转录酶的活性从而抑制病毒复制 具有抗病毒活性 可用于制备多糖疫苗 多糖结合物在细胞识别 细胞间物质运输方面也有极其重要的作用 多糖可与细胞膜上特殊受体结合 通过cAMP将信息传至线粒体提高糖代谢酶活性 刺激胰岛素分泌 加强血糖分解 促进血糖转化为糖原 用于糖尿病的防治 多糖能诱导胃组织中表皮生长因子和碱性成纤维细胞生长因子合成水平 促进溃疡愈合和修复 多糖及其衍生物因其特殊的功能键具有抗炎症 抗凝血 抗辐射 降血脂等作用 作为生物效应调节剂而成为近年来天然药物的研究热点之一 近十几年来 这方面的研究工作进展迅速 现已证明 许多食物或食物成分都具有抗肿瘤作用 如豆类食物 十字花科蔬菜 胡萝卜素 番茄红素 姜黄素多糖等 第二节糖蛋白 一 概念糖蛋白是指通过共价键与蛋白质相结合的复合糖都称为蛋白糖 或糖蛋白 现已将蛋白聚糖从糖蛋白中划分出来 因此目前 糖蛋白 的概念是专指由比较短 往往是分支的寡糖链与多肽链共价相连所构成的复合糖 在大多数情况下糖的部分所占的比例比较小 二 分布糖蛋白在自然界中的分布十分广泛 不仅存在于脊椎动物和无脊椎动物中 也存在于植物 单细胞有机体和病毒中 在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白质共价连接 在低等动物以及植物中情况也如此 已研究过的六 七十种血浆蛋白质 除清蛋白 溶菌酶 微球蛋白等七 八种外 全都是糖蛋白 脑下垂体和胎盘性激素 促甲状腺激素和甲状腺球蛋白 包括水解酶 氧化酶和转移酶在内的许多酶类也都是含糖的蛋白质 在植物中分出的糖蛋白数目日益增多 特别是外源凝集素 绝大部分都属于糖蛋白 不同来源的糖蛋白具有种属特异性 一种蛋白质在某种动物中是以糖蛋白形式存在 但在另一种动物中就不一定 即使同是糖蛋白 但它们的糖组分 含量也可能不同 如牛 绵羊和猪的胰核糖核酸酶都是糖蛋白 但糖的含量却分别为9 4 9 8 和38 而红鹿和大鼠的此种酶却不含有糖 绵羊和猪的颌下腺糖蛋白的情况也是如此 在前一糖蛋白中连接在蛋白质上的是一种二糖 而连接在后一蛋白质上的却是五糖 因此在描述糖蛋白时很重要的一点是须注明它的种属来源 三 功能真菌分泌许多具有糖蛋白结构的酶类 如高峰淀粉酶 转化酶等 被膜病毒所含有的表面糖蛋白与其对寄主的吸附作用有关 酵母和绿色植物细胞壁的糖蛋白则是一种结构组分 在高等动物中上皮细胞分泌物中的糖蛋白具有保护和润滑作用 胶原物质与其它可溶性糖蛋白及蛋白聚糖构成大部分细胞间基质 赋于有机体支持作用 糖蛋白结构的酶类和激素 如促滤泡激素 黄体生成素 促甲状腺激素等 物质 分别具有生物催化和激素功能 血液中的许多糖蛋白担负运输 包括Fe2 Cu2 Ca2 等 无机离子和激素等生物活性物质的运输作用 血液凝固和抗体活性等各种生物学功能 四 结构1 糖蛋白中的糖组分糖蛋白中糖的含量变化很大 含量较少者如猪肠二肽酶 仅含03 多者如人卵巢囊肿糖蛋白约含有70 糖 而血型糖蛋白和人胃糖蛋白中糖的含量可多达80 以上 不过大多数糖蛋白则仅含有中等量的糖 糖蛋白中所含的氨基酸种类似与糖的量有一定关系 糖含量高的糖蛋白 如血型物质 往往含有较多的脂肪族氨基酸 而芳香族氨基酸 碱性氨基酸和含硫氨基酸则较低 糖蛋白中寡糖链 亦称糖单位 的结构大小不一 在胶原中有时其糖的部分仅由一个半乳糖残基构成 复杂的寡糖链可含有12 15个糖残基 高者甚至可达20 30个糖残基 2 糖肽连接的类型糖或寡糖链与蛋白质之间可以通过多种共价键的方式进行连接 但是经过大量的资料分析后得知 仅有少量的氨基酸 如丝氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 羟赖氨酸 羟脯氨酸或半胱氨酸可以作为寡糖链的连接点 另外有的糖蛋白中同时存在一种以上的糖肽键 如 小牛胎球蛋白既含有N 型糖肽键 也含有O 糖肽键 I 型糖肽键 以天冬酰胺作为连接点 亦称为N 糖肽键或N 糖苷键很多糖蛋白中都存在此连接键 特别是血浆糖蛋白 如血清类粘蛋白 免疫球蛋白 激素类糖蛋白 甲状腺球蛋白等多属于此类型 II 型糖肽键 以丝氨酸或苏氨酸作为连接点 亦称为O 糖肽键或O 糖苷键此键是粘液糖蛋白的特征键 颌下腺 胃肠道表面上皮细胞 呼吸道和雌性动物阴道产生的粘液中 及某些癌细胞中含有此类糖蛋白 III 型糖肽键 以羟赖氨酸作为连接点 亦称为5 O 吡喃半乳糖基 5 羟基 L 赖氨酸 是胶原和一些胶原样多聚物的特征结构 IV 型糖肽键 以羟脯氨酸作为连接点 亦称为4 O D 呋喃阿拉伯糖基 4 羟基 反式 L 脯氨酸 主要存在于绿色植物和绿藻所含的细胞壁糖蛋白中 伸展蛋白的结构特点则是与羟脯氨酸相连接的糖链比较短 通常由一个至四个阿拉伯糖残基组成 并含GaI O Ser型糖肤键 它也存在于马铃薯外源凝集素中 稻糖的粘蛋白也含此连接键 此外 还有 V 型糖肽键 以半胱氨酸作为连接点 VI 型糖肽键 以N 末端氨基酸残基作为连接点的糖蛋白 种类比较少 第三节糖脂 一 概念糖脂是指含有糖基的脂质化合物 这里指的糖脂主要是指鞘糖脂和甘油糖脂 即指水解产物中只含糖 脂肪酸和神经鞘氨醇 或其衍生物 或甘油的复合类脂化合物 鞘糖脂是一类复合糖 1884年 J L W Thudichum首先从人脑中分出脑苷脂 半乳糖基神经酰胺 并证明含一种脂肪酸 一种糖及一种当时尚不了解的有机碱 即鞘氨醇 1935年 Eklenk从Tay Sachs氏病和Niemann pick氏病的婴孩脑中发现另一种鞘糖脂 推测此物质存在于神经节细胞中 故称为神经节苷脂 后来知道实际上也存在于神经以外的组织和体液中 不同类型的鞘糖脂如红细胞糖苷脂 岩藻糖脂及脑硫脂等都陆续渐被发现 至于含半乳糖的甘油糖脂则是于1956年首先从面粉中分离出来的 是二酰基甘油的糖苷类物质 随后在植物 微生物中又发现各种甘油糖脂 二 分布糖脂广泛存在于生物界 哺乳动物既含鞘糖脂 也含有甘油糖脂 但以前者为主 有很多的资料表明鞘糖脂存在于绝大多数 若不是全部的话 哺乳动物组织中 其类型 与各种类脂的比例都具有器官和种属的特异性 植物和微生物中的糖脂主要是甘油糖脂绝 此类化合物也是细菌 特别是革兰氏阳性细菌 膜的常见组分 但植物和微生物的糖脂中也有小部分属于鞘糖脂类 微生物中还含有一些结构比较独特的糖脂 三 功能1 鞘糖脂的生物功能 2