糖复合物(生物化学二)

糖复合物 Glycoconjugates Reversetranscription 中心法则 CentralDogma Replication DNA RNA 蛋白质 细胞 生物 DNA RNA 蛋白质 酶 糖 细胞 糖复合物 生物体脂类 DNA RNA 蛋白质 细胞 生物 一 什么是糖复合物 glycoconjugates 糖以共价键与蛋白质或脂类结合 形成糖复合物 糖蛋白 蛋白聚糖和糖脂 几个有关名词聚糖 任何游离的或与另一类分子结合的糖或糖类组合的通称糖复合物 由单糖 寡糖或多糖与蛋白质或脂类结合而成 包括糖蛋白 糖脂和蛋白聚糖凝集素 糖识别蛋白 聚糖一般必需与蛋白质受体相互作用而发挥其功能 糖复合物主要有三种类型糖蛋白 糖脂和蛋白聚糖与脂类相连 与蛋白质相连 这又分为 N 连接型 聚糖通过N原子与蛋白质或脂类连接O 连接型 聚糖通过O原子与蛋白质或脂类连接糖复合物具有多种多样的功能 二 什么是糖生物学 glycobiology 糖生物学是研究与蛋白质或脂类连接的糖 糖链 的分子结构 合成及生物功能的新兴学科 核酸和蛋白质研究成就 极大推动了糖生物学发展 第一节单糖 2 30 聚糖的结构 糖是多羟醛或多羟酮 可被水解成为这种成分的较大的化合物 单糖 是一种不能再被水解 一 聚糖的分子结构 一 单糖的种类及结构葡萄糖 Glc 半乳糖 Gal 甘露糖 Man N 乙酰葡糖胺 GlcNAc 岩藻糖 Fuc N 乙酰半乳糖胺 GalNAc 木糖 Xyl 唾液酸 SA 单糖结构 D 葡萄糖 D 半乳糖D 甘露糖D 木糖 Glc Gal Man Xyl D N 乙酰葡糖胺 D 葡糖醛酸 L 艾杜糖醛酸 D 葡糖胺 GlcNAc GlcUA IdoUA GlcN D N 乙酰半乳糖胺 L 岩藻糖唾液酸 D N 乙酰葡糖胺 尿苷二磷酸 GalNAc Fuc SA GlcNAc UDP 单糖的英文缩写及代表符号在括号标明 糖链结构复杂多样丰富的功能信息 二 单糖的连接方式1 单糖的连接方式 O 糖苷键形式有 1 2 1 2 1 3 1 3 1 4 1 4 1 6 1 6 糖苷键的形成需要能量 由特异的酶催化 反应需要供体 核苷糖受体 糖酶 糖基转移酶催化 糖链结构的复杂性 构成聚糖的基本结构单位 单糖分子含有多个游离的羟基导致 单糖间糖苷键有 或 及1 2 1 3 1 4 1 6多种方式不同糖复合物单糖种类 数目 连接方式不同糖链还可以有分支含有大量的重复单位糖链可以储存大量信息 三 聚糖的一级结构及空间结构 聚糖的一级结构是指单糖的排列顺序及糖苷键的性质 聚糖的二级结构聚糖的二级结构涉及糖环构象 糖苷键旋转角度及各原子之间的相互作用等 糖蛋白的结构与功能 定义糖蛋白由糖与蛋白质通过共价键连接形成 特点蛋白质含量较多 糖所占比例变动大 表现为蛋白质的特性 分布细胞膜 细胞浆 溶酶体及细胞外液糖基化 蛋白质加工修饰步骤 异常可致多种疾病 一 N 连接糖蛋白定义糖链的N 乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺氮连接 形成N 糖苷键 此种糖链为N 连接糖链 也称N 连接聚糖 糖基化位点N 连接聚糖中Asn X Ser Thr三个氨基酸残基序列子 其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸 称为糖基化位点 核心结构高甘露糖型复杂型杂合型 都有一个五糖核心结构 N 连接糖链结构 二 O 连接糖蛋白定义糖链的N 乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸或苏氨酸的羟基连接 形成O 糖苷键 糖链为O 连接糖链 也称O 连接聚糖 连接点的结构GalNAc O Ser Thr 每一特异糖苷键合成需相应特异糖基转移酶作用催化糖链内部糖基的酶位于内质网第一个糖基添加发生在蛋白质翻译过程中 末端糖基位于Golgi器合成特点 1 系列膜结合糖基转移酶参与 糖基逐一添加 2 一糖基转移酶特异的催化形成一特殊糖苷键 3 酶位于Golgi器 4 糖基化反应由相应的核苷酸糖参与 5 O 糖基化发生在一定的Ser或Thr残基 是伴翻译过程 有些细胞表面蛋白有黏蛋白样结合域 MLD LDL受体与配基结合的结构域C 末端通过一个MLD和膜相连细胞表面黏蛋白通过蛋白质受体与O 连接聚糖相互作用介导细胞黏附凝集素在细胞黏附中O 连接聚糖是凝集素lectin结合的配基可溶性及细胞表面糖蛋白含小而成簇的O 连接聚糖 如IgA 黏蛋白 mucins 含大量O 连接聚糖 高度糖基化 赋予其特殊的物理性质 和其功能密切相关高度粘稠 多种润滑功能所必需通过二硫键可形成分支结构 水化后形成胶状抗菌性能 黏蛋白及末端结构对细菌有特异的亲和力膜型细胞表面黏蛋白还具有调节细胞间粘附作用 IgA分子的O 连接糖链有6种 蛋白聚糖 proteoglycan 定义由糖胺聚糖和核心蛋白通过共价键连接所形成的糖复合物 特点高度O 糖基化的蛋白质糖占比例大 占85 以上 具有多糖性质 分布分布于软骨 结缔组织 角膜基质 关节滑液 粘液 眼玻璃体等组织 使细胞外基质具有极高的强度 具有特殊的重复性双糖序列 细胞表面的蛋白多糖可与生长因子相互作用 一 蛋白聚糖的结构 核心蛋白 糖胺聚糖 糖胺 糖醛酸 葡萄糖胺半乳糖胺 葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸 组成 一 糖胺聚糖糖胺聚糖是己糖胺和己糖醛酸二糖重复单位的聚合物 体内重要糖胺聚糖有6种 透明质酸 硫酸软骨素硫酸皮肤素 硫酸角质素肝素和硫酸类肝素 糖胺聚糖的结构和分布特点 糖胺聚糖二糖单位硫酸化位置组织分布 透明质酸 HA GlcUA GlcNAc无关节滑液 玻璃体 结缔组织硫酸软骨素 CS GlcUA GalNAcC4 C6骨 软骨 角膜硫酸皮肤素 DS IdoUA GalNAc C2 C4 C6皮肤 血管硫酸角质素 KS I IIGal GlcNAcC6角膜 结缔组织肝素 Hp IdoUA GlcNC2 C6 C2 N肥大细胞硫酸类肝素 HS GlcUA GlcNC2 C6 C2 N皮肤 成纤维细胞 血管 D GlcUAD GlcNAc透明质酸 L IdoUA 硫酸化 D GlcN 硫酸化 肝素 核心蛋白定义与糖胺聚糖共价结合的多肽链 结构含有与糖胺聚糖结合的结构域 一些蛋白聚糖通过这一结构定在细胞表面或细胞外基质的大分子中 三 糖胺聚糖和核心蛋白的连接 软骨可聚蛋白聚糖的结构 二 蛋白聚糖的功能1 构成细胞外基质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 这与细胞的粘附 迁移 增殖和分化等生物活动有关 2 其它抗凝血 肝素 参与细胞识别与分化 细胞表面的硫酸肝素 维持软骨机械性能 硫酸软骨素 等 糖脂 定义糖脂是糖类以糖苷键与脂类连接形成的糖复合物 分类鞘糖脂 甘油糖脂胆固醇衍生的糖脂 GPI 一 鞘糖脂的分类与结构组成由糖和神经酰胺构成分类中性鞘糖脂 含葡萄糖和半乳糖 GalNAc GlcNAc和岩藻糖等中性糖酸性鞘糖脂 含唾液酸或硫酸化的单糖 GM1 2 3 1 4 1 1Cer GM2 GM3 神经节苷脂的结构简图 2 3 1 4 1 1Cer 1 4 2 3 1 4 1 1Cer 2 8 2 3 1 4 1 1Cer GD2 2 8 2 3 1 4 1 1Cer 1 4 1 3 GD3 糖脂的功能1 细胞膜的结构组份2 参与细胞的识别 分化及信号转导等 随着糖结构和功能的阐明聚糖及糖复合物在正常生理和疾病中的作用及机制将逐步被揭示出来 并促进糖生物学与医学探索的共同进步 糖蛋白的功能 一 糖链对糖蛋白理化性质 空间结构和生物活性的影响1 对糖蛋白新生肽链的影响 参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象 影响亚基聚合 糖蛋白在细胞内的分栋和投送 2 对糖蛋白的生物活性的影响 保护糖蛋白不受蛋白酶的水解 延长其半衰期 3 参与分子的识别作用 二 糖蛋白在分子识别和黏附中的作用1 糖蛋白在细胞 细胞分子识别和黏附中的作用2 糖蛋白在细胞 细胞外基质分子识别和黏附中的作用 糖蛋白分布广泛 许多膜蛋白 分泌蛋白及细胞外基质 ECM 中的一些结构蛋白等都是糖蛋白 不同功能的糖蛋白举例功能有关糖蛋白结构分子胶原润滑及保护剂粘蛋白运输分子运铁蛋白 铜蓝蛋白免疫分子免疫球蛋白 组织相容抗原激素绒毛膜促性腺激素 促甲状腺激素酶各种酶 如碱性磷酸酶细胞接触及参与细胞 细胞 精子与卵细胞 识别位点病毒 细胞以及激素 细胞相互作用的各种蛋白质抗冻剂冷水鱼的某些血浆蛋白与糖相互反应某些凝集素 糖蛋白在分子识别中的作用 细胞间 1 精卵识别小鼠卵细胞透明带中含ZP1 ZP2 ZP3ZP3含O 连接聚糖用化学方法去除O 连接聚糖 抑制精卵结合 用内切糖苷酶F切去N 连接聚糖却没有影响 加入UDP 半乳糖也可以阻断精卵结合 糖链与分子识别 存在于细胞膜的糖 2 炎症浸润 循环中白细胞被招募到炎症部位血管内皮细胞上 滚动 黏附和透出血管过程与内皮细胞表面选凝素 selectin 和白细胞上的特异糖配体识别和结合有关 选凝素是含糖识别结构域 Carbodydraterecogniztiondomain CRD 的凝集素样糖蛋白 分布于白细胞 L 选凝素 内皮细胞 E 选凝素 和血小板 P 选凝素 糖识别结构域 CRD Lewis抗原 选择素的结构 L Selectin为归巢受体 使血液中的淋巴细胞分流回到淋巴系统中 在淋巴节HEV上的配体为SLex Lea E Selectin内皮细胞表面 使白细胞滚动 有助于白细胞与内皮细胞表面受体结合 向炎症部位集中 其配体亦为SLex LeaP Selectin存在于血小板表面 使白细胞滚动 有助于白细胞与血小板表面的有关受体结合成簇 及白细胞与内皮细胞粘着 配体为SLex Lea 寡糖链与病原体感染 病毒 流感病毒通过对细胞膜上复合糖分子识别和结合而感染机体 细菌 细菌通过与宿主细胞的识别和粘附而致感染 如肺炎球菌主要识别肺和脑细胞表面的GlcNAc 嗜腐球菌主要识别泌尿道细胞表面的GlcNAc和GalNAc 寄生虫 疟原虫裂殖子表面富含血型糖蛋白 GlycophorinA 结合的组分 凝集素 lectinoragglutinin 能特异识别和结合糖的一类蛋白质 凝集素糖配体麦胚凝集素 WGA 葡萄糖和唾液酸伴刀豆球蛋白A ConA 甘露糖和唾液酸大豆凝集素 PNA 半乳糖和N 乙酰半乳糖胺可凝集细胞或沉淀糖复合物的糖结合蛋白 很多凝集素本身就是糖蛋白 凝集素与糖的结合是多价结合 凝集素用于纯化和分析糖蛋白如琼脂糖 ConA亲和柱可用来纯化含有与ConA相互作用寡糖链的糖蛋白 细胞与ECM识别 细胞外基质中和细胞表面含有多种细胞黏附分子 celladhesionmolecules CAMs 它们几乎都是糖蛋白 ECM中的黏附分子纤连蛋白 fibronectin Fn 层连蛋白 laminin Ln 细胞表面的黏附分子为跨膜受体整合蛋白 integrin 钙粘蛋白免疫球蛋白超家族等 细胞外基质 ECM 构成细胞外基质由胶原蛋白 纤连蛋白 层连蛋白等糖蛋白 及蛋白聚糖和透明质酸等多种组分构成 分布各种组织的细胞间隙中 纤连蛋白 Fn 定义是一种多功能糖蛋白 由两个相似的亚基组成的二聚体 分布细胞外基质 基底膜和各种体液 功能参与许多生理活动 例如 细胞的形态 增殖 分化及个体发育 生殖 信息传递 凝血 组织修复等 结构由两个相似的亚基组成二聚体 以羧基末端的两个二硫键连成 V 形结构 有7个球状的结构域 纤连蛋白的结构域示意图 肝素A纤维蛋白A 胶原蛋白 DNA 细胞A 肝素B 细胞B 纤维蛋白B Reference MinireviewonAdhesiveRecognitionSequencesonVol 266 No 20 IssueofJuly15 pp 12809 12812 1991THEJOURNALOFBIOLOGICALCHEMISTRY RGD 层连蛋白 Ln 定义由三条多肽链组成的多结构域构成的糖蛋白 分布主要存在于基底膜中 功能主要介导上皮细胞及内皮细胞糖粘附 而影响细胞的生长 分化和运动 Ln可能与某些疾病 糖尿病 类风湿性关节炎等 和肿瘤细胞的浸润 转移有重要关系 结构由3个不同的亚基 通过二硫键连接形成长约70nm的十字型结构 整合蛋白定义是由 和 两个亚基构成的异二聚体糖蛋白 和 亚基的分子量为90 180KD 分布各种细胞膜功能是细胞内外双向交流的桥梁 通过其所介导的多种信号转导途径引起细胞的多种生物学功能改变 结构分为胞外 跨膜和胞内三部分 亚基胞外部分含丰富的二硫键 形成较紧密的折叠结构 亚基上有二价阳离子 Ca2 Mg2 的结合部位 并有一个链内二硫键 整合蛋白的分子结构示意图 基底膜 细胞外基质 的组成及成分 细胞膜的膜蛋白是含有特定寡糖的糖蛋白 其寡糖带有识别信号 决定着细胞间相互作用时的行为 例如对肿瘤学 免疫学的研究具有重大意义 某些结构的缺损或过度表达 持续表达不完全的或截短的结构 前体的堆积 较少出现新的结构 糖链和肿瘤 癌瘤细胞中常见糖链结构的变化 R R R O A B 1 3 1 3 1 2 1 2 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 2 1 3 糖链与ABO血型糖抗原结构 GlcNAc Gal Glc GalNAc Fuc ABO血型系统 抗原为A B和O H 是连接于糖蛋白和糖脂上的寡糖链 三种抗原结构的差别仅在于A和B抗原比O抗原的糖链末端各多一个GalNAc或Gal 合成GalNAc和Gal的是GalNAc糖基转移酶和Gal糖基转移酶 分别由位于9号染色体的A等位基因和B等位基因编码 因此 遗传基因的不同是决定血型类型的分子基础 血型不同的输血可引起溶血反应 聚糖的分离及分析基本过程 以糖蛋白为例 1 糖蛋白的分离纯化2 糖链的释放及获得寡糖片段3 糖链及寡糖片段的分离纯化4 聚糖一级结构的测定 某些研究糖蛋白的重要方法方法观察内容和应用Periodicacid Schiff试剂电泳分离后糖蛋白条带染深粉红色放射活性糖与细胞共培养测电泳分离后的糖蛋白的放射性条带Sepharose lectin柱层析纯化与特殊slecti