医学专题—第99十九篇-糖蛋白蛋白聚糖和细胞外基质课件

1、第第1919章章第一页，共五十二页。糖类糖类(tn li)单糖单糖(dn tn)多糖多糖(du tn)糖复合物糖复合物(glycoconjugates)糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂糖脂(glycolipids)第二页，共五十二页。第一节第一节第三页，共五十二页。一种一种(y zhn)或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。质。蛋白质含量蛋白质含量(hnling)较多，糖所占比例变动大，表较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性。现为蛋白质的特性。分布分布(fnb)细胞膜、溶酶体、细胞外液细胞膜、溶酶体

2、、细胞外液n糖蛋白糖蛋白第四页，共五十二页。葡萄糖葡萄糖(Glu)半乳糖半乳糖(Gal)甘露甘露(gnl)糖糖(Man)N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)岩藻糖岩藻糖(Fuc)N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuAc)（一）糖蛋白聚糖分为（一）糖蛋白聚糖分为(fn wi)N-连接和连接和O-连接型两种连接型两种一、糖蛋白糖链的结构一、糖蛋白糖链的结构(jigu)n聚糖中聚糖中单糖的种类：单糖的种类：第五页，共五十二页。n 糖蛋白糖链的糖蛋白糖链的N-连接连接(linji)型和型和O-连接型连接型 连接连接(linji)方方式式N-连接连接：

3、O-连接连接：第六页，共五十二页。（二）（二）N-N-连接连接(linji)(linji)糖蛋白糖蛋白的糖基化位点为的糖基化位点为Asn-X-Ser/Thr糖蛋白的糖链与蛋白部分的糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列序列(xli)(xli)的天氡酰胺氮以共价键连接称的天氡酰胺氮以共价键连接称N- -连接糖连接糖蛋白蛋白。n定义定义(dngy)：第七页，共五十二页。N- -连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸残三个氨基酸残基的序列基的序列(xli)(xli)子称为子称为糖基化位点糖基化位点。糖蛋白分子中聚糖结构糖蛋白分子中聚糖结构(jigu)的不均一性称的不均一

4、性称为糖型为糖型(glycoform)。第八页，共五十二页。（三）（三）N- -连接连接(linji)(linji)聚糖可分为聚糖可分为3 3型型高甘露糖型高甘露糖型复杂性复杂性杂合型杂合型都有一个五糖核心都有一个五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsn第九页，共五十二页。第十页，共五十二页。（四）（四）N-连接寡糖的合成连接寡糖的合成(hchng)是以长萜醇作为是以长萜醇作为聚糖载体聚糖载体 N-连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载体体(zit)，先合成含，先合成含14糖基的寡糖链，然后转移至肽链糖基的寡糖链，然后转移至肽链的糖基化位点

5、上，进一步在内质网和高尔基体进行加的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工而成。工而成。 每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为糖基必须活化为UDP或或UDP的衍生物。的衍生物。第十一页，共五十二页。长萜醇长萜醇-P-P聚糖的合成聚糖的合成(hchng)第十二页，共五十二页。3型型N-聚糖的加工过程聚糖的加工过程 第十三页，共五十二页。（五）（五）O- -连接连接(linji)(linji)糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖链与蛋白部分的丝糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/ /苏氨酸残基的羟基相苏氨酸残基的羟基相连连(xin lin)(

6、xin lin)，称为，称为O- -连接糖蛋白。连接糖蛋白。 O-O-连接寡糖有连接寡糖有N-N-乙酰半乳糖与半乳糖构成乙酰半乳糖与半乳糖构成核心核心(hxn)(hxn)二糖，核心二糖，核心(hxn)(hxn)二糖可重复延长及分支，二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、再接上岩藻糖、N-N-乙酰葡萄糖胺等单糖。乙酰葡萄糖胺等单糖。n定义定义nO- -连接寡糖结构连接寡糖结构第十四页，共五十二页。 O-连接寡糖在连接寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的作乙酰半乳糖基转移酶的作用用(zuyng)(zuyng)下，在多肽链的丝下，在多肽链的丝/ /苏氨酸的羟基上连苏氨酸的羟基上连接上接上N- -乙酰半乳基，

7、然后逐个加上糖基直至乙酰半乳基，然后逐个加上糖基直至O-连连接寡糖链的形成。接寡糖链的形成。nO- -连接连接(linji)(linji)寡糖合寡糖合成成第十五页，共五十二页。（六）蛋白质（六）蛋白质-N-乙酰氨基葡萄糖基化是可逆乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的单糖的单糖(dn tn)基修饰基修饰-N- -乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖(-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc)糖基化修饰，主要糖基化修饰，主要(zhyo)(zhyo)发生于膜蛋白和分泌发生于膜蛋白和分泌蛋白。蛋白。O-GlcNAc糖基化修饰是通过糖基化修饰是通过O-GlcNAc糖基转移酶糖基转移酶(O-GlcNAc

8、transferase, OGT)作用，将作用，将-N- -乙酰氨乙酰氨基葡萄糖以共价键方式基葡萄糖以共价键方式(fngsh)(fngsh)结合于蛋白质的结合于蛋白质的Ser/Thr残基上。残基上。第十六页，共五十二页。 O-GlcNAc糖基化蛋白质的解离需要特异性的糖基化蛋白质的解离需要特异性的-N-乙酰氨基乙酰氨基(nj)(nj)葡萄糖酶葡萄糖酶(O-GlcNAcase)作用，作用，O-GlcNAc糖基化与去糖基化是个动态可逆的过程。糖基化与去糖基化是个动态可逆的过程。 O-GlcNAc糖基化位点常位于蛋白质糖基化位点常位于蛋白质Ser/Thr磷磷酸化位点处或其邻近酸化位点处或其邻近(ln

9、 jn)(ln jn)部位。糖基化后即会部位。糖基化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。影响磷酸化的进行，反之亦然。 第十七页，共五十二页。（七）糖组学（七）糖组学糖组学糖组学则包括聚糖种类、结构鉴定则包括聚糖种类、结构鉴定(jindng)(jindng)、糖、糖基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能等研究。基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能等研究。 糖组糖组(Glycome)是指一种细胞或一个是指一种细胞或一个(y )(y )生生物体中全部聚糖种类。物体中全部聚糖种类。第十八页，共五十二页。保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰期；保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰期；蛋白质的聚糖也可

10、起屏障作用，影响糖蛋白蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白的作用；的作用；聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫系统识聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫系统识别而产生别而产生(chnshng)(chnshng)抗体。抗体。 （一）（一）聚糖可影响聚糖可影响(yngxing)糖蛋白生物活性糖蛋白生物活性第十九页，共五十二页。（二）糖蛋白聚糖加工可参与（二）糖蛋白聚糖加工可参与(cny)(cny)新生肽链折叠新生肽链折叠参与新生肽链的折叠并维持参与新生肽链的折叠并维持(wich)(wich)蛋白质的正确的空蛋白质的正确的空间构象；间构象；糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相关糖蛋白的糖基化

11、与肽链的折叠及分拣密切相关 。 第二十页，共五十二页。（三）糖蛋白聚糖可参与（三）糖蛋白聚糖可参与(cny)维系亚基聚合维系亚基聚合具有功能具有功能(gngnng)(gngnng)的糖蛋白的二聚体，往往依的糖蛋白的二聚体，往往依靠糖靠糖- -蛋白或糖蛋白或糖- -糖相互作用维系亚基的聚合和构糖相互作用维系亚基的聚合和构象。象。 （四）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送和（四）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送和分泌分泌(fnm)中的作用中的作用有些蛋白质的投送信号存在于肽链内，但有有些蛋白质的投送信号存在于肽链内，但有些是与其糖链有关。些是与其糖链有关。 第二十一页，共五十二页。（五）糖蛋白聚糖具

12、有分子间的识别（五）糖蛋白聚糖具有分子间的识别(shbi)作用作用聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到聚糖起到分子识分子识别作用的基础。别作用的基础。受体与配体识别和结合也需聚糖的参与受体与配体识别和结合也需聚糖的参与(cny)(cny)。细胞表面糖复合物的聚糖还能介导细胞细胞表面糖复合物的聚糖还能介导细胞- -细胞的细胞的结合。结合。 第二十二页，共五十二页。第二十三页，共五十二页。糖占比例大，约一半以上糖占比例大，约一半以上(yshng)(yshng)，具有多糖性质。，具有多糖性质。分布于软骨、结缔组织、角膜分布于软骨、结缔组织、角膜(jiom)(jiom)基质

13、、关节滑液、基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。粘液、眼玻璃体等组织。第二十四页，共五十二页。组成组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萄糖醛酸葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸第二十五页，共五十二页。一、一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组成的重复成的重复(chngf)二糖单位二糖单位糖胺聚糖（糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾称为粘多）曾称为粘多糖、氨基糖、氨基(nj)多糖和酸性多糖等。多糖和酸性多糖等。 硫酸软骨素类硫酸软骨素类(chordroitin sulfates) 硫酸皮肤素硫酸

14、皮肤素(dermatan sulfate)硫酸角质硫酸角质(jiozh)(jiozh)素素(keratan sulfate) 透明质酸透明质酸(hyaluronic acid) 肝素肝素(heparin)和硫酸类肝素和硫酸类肝素(heparan sulfate) n体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6种）：种）：第二十六页，共五十二页。第二十七页，共五十二页。二、核心二、核心(hxn)蛋白蛋白均含有结合糖胺聚糖的均含有结合糖胺聚糖的结构域结构域核心蛋白核心蛋白(dnbi)（core protein）为与糖胺聚糖为与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。链共价结合的蛋白质。核心蛋白均含有相应的糖胺聚

15、糖取代结构域，核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定一些蛋白聚糖通过这一结构锚定(mo dn)(mo dn)在细胞在细胞表面或细胞外基质的大分子中。表面或细胞外基质的大分子中。第二十八页，共五十二页。大分子聚集大分子聚集(jj)型胞外基质蛋白聚糖型胞外基质蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖跨膜胞内蛋白聚糖跨膜胞内蛋白聚糖n按核心蛋白和糖链成分的差别按核心蛋白和糖链成分的差别(chbi)，蛋白聚糖，蛋白聚糖分类：分类：第二十九页，共五十二页。透明质酸透明质酸连接蛋白连接蛋白核心蛋白核心蛋白硫酸角质素硫酸角质素硫酸软骨素硫酸软骨素

16、糖蛋白亚基糖蛋白亚基骨骺软骨蛋白聚糖聚合物骨骺软骨蛋白聚糖聚合物n 蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物第三十页，共五十二页。在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时(tngsh)(tngsh)在高在高尔基体内进行糖链延长或加工。尔基体内进行糖链延长或加工。多糖链的形成是由单糖多糖链的形成是由单糖(dn tn)逐个加上去的，糖逐个加上去的，糖醛酸由醛酸由UDPGA提供；单糖提供；单糖(dn tn)要由要由UDP活化；活化；硫酸由硫酸由PAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于Gln。第三十一页，共五十二页。在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以在基质中蛋白聚糖和弹性蛋

17、白、胶原蛋白以特殊方式特殊方式(fngsh)(fngsh)连接，构成基质的特殊结构。这与连接，构成基质的特殊结构。这与细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。抗凝血（肝素）抗凝血（肝素）参与细胞识别参与细胞识别(shbi)(shbi)结合与分化（细胞表面的硫酸素）结合与分化（细胞表面的硫酸素）维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等 1. 1. 构成细胞外基质构成细胞外基质2. 2. 其它功能其它功能第三十二页，共五十二页。每一聚糖都有一个每一聚糖都有一个(y )独特的能被蛋白质阅读，并独特的能被蛋白质阅读，并与蛋白质相结合的三维空间构象

18、，即与蛋白质相结合的三维空间构象，即糖密码糖密码(sugar code)。 n聚糖作为信息分子聚糖作为信息分子(fnz)作用作用特异的聚糖结构特异的聚糖结构(jigu)被细胞用来编码若干重要信被细胞用来编码若干重要信息，诸如糖蛋白的胞内定向转运、细胞与细胞的相息，诸如糖蛋白的胞内定向转运、细胞与细胞的相互作用、组织与器官发育以及细胞外信号转导等。互作用、组织与器官发育以及细胞外信号转导等。第三十三页，共五十二页。第三节第三节第三十四页，共五十二页。n细胞外基质细胞外基质(extracellular matrixc，ECM)分布分布(fnb)在各组织细胞和细胞间的胞间隙或胞在各组织细胞和细胞间的

19、胞间隙或胞间膜。间膜。细胞外由纤维状胶原、透明质酸、蛋白聚糖细胞外由纤维状胶原、透明质酸、蛋白聚糖和糖蛋白以不同比例和糖蛋白以不同比例(bl)组成的细胞间质。组成的细胞间质。第三十五页，共五十二页。 结构结构(jigu)蛋白，如：蛋白，如：胶原胶原 (collagen) 专一蛋白，如：专一蛋白，如：纤连蛋白纤连蛋白 (fibronectin, Fn)、层层粘蛋白粘蛋白 (laminin, Ln) 蛋白聚糖蛋白聚糖nECM的主要的主要(zhyo)成分：成分：第三十六页，共五十二页。胶原胶原(collagen)是结缔组织的主要蛋白质成分。主要由是结缔组织的主要蛋白质成分。主要由结缔组织成纤维细胞所

20、分泌，某些结缔组织成纤维细胞所分泌，某些(mu xi)(mu xi)上皮细胞也能分上皮细胞也能分泌的某些泌的某些(mu xi)(mu xi)类型的胶原蛋白。类型的胶原蛋白。分布于骨、皮肤、血管分布于骨、皮肤、血管(xugun)(xugun)壁、肌腱、韧带、肌肉、壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、角膜等。软骨、角膜等。起支架、维持组织起支架、维持组织(zzh)(zzh)构型、机体运动等多项作用。构型、机体运动等多项作用。第三十七页，共五十二页。（一）胶原的分子（一）胶原的分子(fnz)(fnz)组成和分型组成和分型胶原经超速离心后可分得胶原经超速离心后可分得3 3个组分，即个组分，即 、 、 ，其中其

21、中 和和 组分分别是组分分别是 组分的二聚体和三聚体。组分的二聚体和三聚体。 组组分又分为分又分为1, 2, 31, 2, 3和和44，它们在氨基酸组成上有所，它们在氨基酸组成上有所不同，但肽链长度不同，但肽链长度(chngd)(chngd)近似。近似。 第三十八页，共五十二页。5型胶原蛋白的结构型胶原蛋白的结构(jigu)及组织分布及组织分布类型类型肽链类型肽链类型分子形式分子形式成分成分组织分布组织分布I1(I);2(I)1(I)22(I), 1(I)3 羟赖氨酸较低羟赖氨酸较低,聚聚糖少糖少,较纤维较宽较纤维较宽 肌腱肌腱,骨骨,皮肤皮肤,角角膜膜,韧带占体内胶韧带占体内胶原蛋白总量原蛋

22、白总量90%1()1()3羟赖氨酸较高，羟赖氨酸较高，聚糖较多，纤维聚糖较多，纤维较窄较窄软骨眼玻璃体软骨眼玻璃体,椎椎间盘间盘1()1()3羟赖氨酸较高，羟赖氨酸较高，羟脯氨酸较高，羟脯氨酸较高，聚糖较少聚糖较少血管血管,肌肉肌肉,皮肤皮肤,内脏内脏1();2(); 3();4(); 4()1()22()及其及其它形式它形式 羟赖氨酸较高羟赖氨酸较高,聚聚糖较多糖较多基底膜基底膜2() 3(V)1()3 1()22()1()2()3()羟赖氨酸较高羟赖氨酸较高,聚聚糖较多糖较多平滑肌细胞平滑肌细胞,胚胎胚胎组织组织,腹膜腹膜,胎盘胎盘,皮肤皮肤,骨骨第三十九页，共五十二页。（二）胶原蛋白（二

23、）胶原蛋白C端非螺旋端非螺旋(luxun)(luxun)结构域与内皮抑素结构域与内皮抑素XVIIIXVIII型胶原蛋白型胶原蛋白C端非螺旋端非螺旋(luxun)(luxun)结构域的氨基酸序结构域的氨基酸序列含有内皮抑素列含有内皮抑素( (endostatin)的全部序列的全部序列 ，推测组织，推测组织中的中的XVIIIXVIII胶原蛋白胶原蛋白C端非螺旋结构域受蛋白酶水端非螺旋结构域受蛋白酶水解，产生内皮抑素，发挥抑制内皮细胞生长作用。解，产生内皮抑素，发挥抑制内皮细胞生长作用。 不同胶原蛋白不同胶原蛋白C C端非螺旋结构域能产生不同内源性血管端非螺旋结构域能产生不同内源性血管生成抑制生成抑

24、制(yzh)(yzh)剂，它们都有显著的抑制剂，它们都有显著的抑制(yzh)(yzh)血管内皮细胞血管内皮细胞生长和迁移、抑制生长和迁移、抑制(yzh)(yzh)肿瘤细胞增殖和迁移等作用。肿瘤细胞增殖和迁移等作用。第四十页，共五十二页。内源性血管生成抑制剂内源性血管生成抑制剂来源及分子大小来源及分子大小内皮抑素内皮抑素(endostatin)XVIII型胶原型胶原C端非螺旋结构域端非螺旋结构域(184aa)休眠蛋白休眠蛋白(restin)XV型胶原型胶原C端非螺旋结构域端非螺旋结构域(180aa)内皮生长抑制蛋白内皮生长抑制蛋白(vastatin)VIII 型胶原型胶原C端非螺旋结构域端非螺旋

25、结构域(164aa)阻碍蛋白阻碍蛋白(arrestin)IV型胶原型胶原1链链NC1区区 (180aa)肿瘤抑素肿瘤抑素(tumstatin)IV型胶原型胶原3链链NC1区区 (180aa)血管能抑素血管能抑素(canstatin)IV型胶原型胶原2链链NC1区区(227aa)内源性血管生成抑制剂种类内源性血管生成抑制剂种类(zhngli)和来源和来源第四十一页，共五十二页。 胶原蛋白由胶原蛋白由3 3条肽链以条肽链以 右手右手(yushu)(yushu)螺旋形成棒状结构。螺旋形成棒状结构。 富含甘氨酸（占富含甘氨酸（占1/31/3）和脯氨酸（占）和脯氨酸（占1/41/4），特含有），特含有(

26、hn yu)(hn yu)羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少酪氨酸。酪氨酸。（三）胶原的氨基酸组成和空间构象（三）胶原的氨基酸组成和空间构象(u xin)(u xin)特点特点第四十二页，共五十二页。（四）胶原微纤维（四）胶原微纤维(xinwi)(xinwi)(collagen fibril)若干具有三股螺旋结构的若干具有三股螺旋结构的型原胶原分子通过侧向型原胶原分子通过侧向排列，聚集排列，聚集(jj)成直径为成直径为50200nm的微纤维。的微纤维。 第四十三页，共五十二页。n原胶原分子侧向共价连接原胶原分子侧向共价连接(linji)(l

27、inji)的醛醇交联反应的醛醇交联反应C-(CH2)2-CH2-CH2-NH3+NCNOH+H3N-CH2-CH2-(CH2)2-CHCONH赖氨酸氧化酶赖氨酸氧化酶C-(CH2)2-CH2-CNCNOHOHC-CH2-(CH2)2-CHCONHOH赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸醛衍生物醛衍生物醛衍生物醛衍生物第四十四页，共五十二页。C-(CH2)3-CHNCNOHOHCH-(CH2)2-CHCONHOHC醛醇缩合醛醇缩合(suh)C-(CH2)3-CHNCNOHC-(CH2)2-CHCONHCHO去去H2O第四十五页，共五十二页。纤连蛋白纤连蛋白(fibronectin, Fn)是广泛存在于细胞外基是广泛存在于细胞外基质、基底膜和各种体液（血浆、组织间液、淋巴液、质、基底膜和各种体液（血浆、组织间液、淋巴液、关节关节(gunji)(gunji)腔滑液、羊水）中的一种多功能糖蛋白。腔滑液、羊水）中的一种多功能糖蛋白。多为二聚体形式多为二聚体形式(xngsh)(xngsh)，也有以多聚体形式，也有以多聚体形式(xngsh)(xngsh)存存在。在。第四十六页，共五十二页。由分子量为由分子量为2525万的单体组成的二聚体。它的万的单体组成的二聚体。它的一级结构由一级结构由3 3种不同类型的内在序列同源结构重复种不同类型的内在序列同源结构重复(chngf