复旦大学课件-糖与糖生物化学2

1、寡糖Oligosaccharides, oligose,由2-10个(或十数个）单糖通过糖苷键连接而成，一般易溶于水、具甜味，最简单的是二糖。最重要的二糖主要有蔗糖、麦芽糖和乳糖等。,常见二糖(Disaccharides),CommonDisaccharides,海藻糖,麦芽糖（Maltose),D-吡喃葡萄糖基-14-D-吡喃葡萄糖,UDPG,-1，4,麦芽糖（Maltose）,又称饴糖，分子式：C12H22O11. 有变旋（存在、形式）(有半缩醛羟基）， 能还原Tollens and Fehlings reagent， 与笨肼成脎C12H20O9C=NNH(C6H5)2（一个半缩醛羟基），

2、 被溴水氧化为一元羧酸一个半缩醛羟基 稀酸、麦芽糖酶水解，产物为D-(+)-Glc， 结构为4-O-(-D-吡喃葡萄糖基)-D-吡喃葡萄糖-1，4 。,麦芽糖的结构与构象,异麦芽糖,isomaltose,蔗 糖(Sucrose),D-吡喃葡萄糖-12-D-呋喃果糖苷,D-呋喃果糖-21-D-吡喃葡萄糖苷,蔗 糖（Sucrose）,常用食糖，甜度大，易结晶，溶于水，甘蔗、甜菜中丰富。 分子式C12H22O11。 不能还原Tollens and Fehling试剂. 不能成脎（无异头形式，无半缩醛羟基）。 不变旋（无半缩醛羟基）。 由一分子-D-Glc和一分子-D-Fru组成，既是葡萄糖苷，又是果

3、糖苷，结构为：-D-Glc基-D-Fru-1，2。 蔗糖水解反应中伴随有从+到-的旋光符号的变化，这种水解称为蔗糖的转化。,乳 糖 (Lactose),D-吡喃半乳糖基-14-（）-D-吡喃葡萄糖,-1，4,乳 糖（Lactose）,存在于人乳（5-7%）和牛乳（4%）等乳汁中， 分子式C12H22O11， 还原糖， 能成脎，水解产物是D(+)-Gal和D-Glc脎， 有变旋（有、形式），酸或酶（苦杏仁酶，只水解-糖苷键）水解得到D(+)-Glc及Gal， 结构为4-O-（-D-吡喃半乳糖基）-D-吡喃葡萄糖-1，4， 乳糖不耐症（Lactose intolerance），乳糖酶缺乏，乳糖不能

4、进入血液，小肠乳糖升高引起渗透性腹泻，肠道细菌使乳糖发酵产生大量气体（氢、二氧化碳、甲烷等）。,Cellobiose，the 1,4 linkage between the glucose residues, which is cellobiose in relation to the glucose chain, n subunits (typically 25k to 250k) constitute a single chain.,纤维二糖Cellobiose,D-葡萄糖-（1,4）-葡萄糖苷,Cellobiose,纤维素的结构单位； 分子式C12H22O11，； 还原糖； 能成脎； 有

5、变旋； 水解为2分子-D-（+）-葡萄糖； 可为苦杏仁酶水解（连接）； 结构为4-O-（-吡喃葡萄糖基）-D-吡喃葡萄糖-1，4。,海藻糖（Trehalose）,Wiggers(1832)从黑麦的麦角菌中首次提取。许多可食用动植物及微生物体内都广泛存在 ，蘑菇类、海藻类、豆类、虾、面包、啤酒及酵母发酵食品中都有较高含量。 两个葡萄糖分子以,(1,1)-糖苷键构成非还原性糖，自身性质非常稳定，并对多种生物活性物质具有神奇的保护作用。“对许多生命体而言，海藻糖的有与无，意味着生命或者死亡”（Nature, 2000专评）。 海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面能形成独特

6、的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，从而维持生命体的生命过程和生物特征。,D-(+)-Trehalose,alpha-D-Glucopyranosyl-alpha-D-glucopyranoside , -Trehalose -D-Glucopyranosyl-D-glucopyranoside,三 糖（Trisaccharide）,棉子糖蜜三糖(raffinose)，分子式C18H32O16，豆形果实、甘蓝、芽甘蓝、椰菜、芦笋、其他蔬菜和所有谷类等许多植物中存在，棉籽与桉树分泌物中尤多。t=105.2，不能还原Fehling试剂，与酸共热水解生成Glc、Fru及Gal，结构为： 蔗糖酶

7、 -Gal(16)-Glc、(12)-Fru -半乳糖苷酶,Raffinose,蜜三糖、蜜里三糖、棉籽糖,Hygienical Functions of Raffinose,棉籽糖具有保健功能，属于低聚糖，是人体内双岐杆菌和乳杆菌等有益菌的增殖因子，能显著改善肠道菌群，改善便秘和拉稀患者的便性。不为人体吸收，不具吸湿性，加工褐变度低，热稳定性高，酸性热稳定性也高，无毒安全的棉籽糖是理想的食品原料。促进人体对钙的吸收，从而增强人体免疫力，对预防疾病和抗衰老有明显效果 。此外，还可以用于药品工业，冷冻精液和活器官移植的稳定剂。,Polysaccharides,由多个单糖或单糖衍生物聚合而成，缩合时

8、单糖分子以糖苷键相连，一般无甜味、无还原性、酸或酶的作用下可水解为双糖、寡糖或多糖，重要的有淀粉、糖元、纤维素、几丁质、粘多糖等。可分为同多糖和杂多糖。功能包括能量作用、结构作用和生物活性作用。,同多糖和异多糖,淀 粉（Starch）,广泛存在于植物的种子和根茎中，热水处理25分钟能溶解的部分为直链淀粉amylose, soluble starch，不溶解的部分为支链淀粉amylopectin 直链淀粉平均250-300个-D-Glc通过-1，4糖苷键相连，旋转卷曲成螺旋状，每6个Glc残基盘旋一圈，遇I2呈（深）兰色。水解的双糖为麦芽糖，单糖为葡萄糖。 支链淀粉由2000-22000个Glc

9、残基组成，大约每24-30个Glc残基就有一个-1，6糖苷键的分支，遇I2呈紫（红）色。水解时只生成一种双糖-（+）麦芽糖。,Starch,几种主要农作物的淀粉含量,Electron Micrographs of Starch Granules,Chloroplast,淀粉空间结构,淀粉遇碘显色,淀粉红色糊精无色糊精麦芽糖葡萄糖 紫红色 红色 不显色 不显色,直链淀粉遇碘呈蓝色;支链淀粉遇碘呈紫红色;糊精遇碘呈蓝色、紫色、橙色等.近年来用先进的分析技术（如X射线、红外光谱等）研究碘跟淀粉生成的蓝色物，证明碘和淀粉的显色除吸附原因外，主要是由于生成包合物的缘故。淀粉遇碘生成的包合物的颜色与淀粉的

10、聚合度或相对分子质量有关。在一定的聚合度或相对分子质量范围内，随聚合度或相对分子质量的增加，包合物的颜色的变比由无色、橙色、淡红、紫色到蓝色。,糖 元Glycogen,有动物淀粉之称，细菌细胞中也有存在，动物组织内主要的贮藏多糖。肝脏、肌肉中含量多，分别称为肝糖元、肌糖元。结构与支链淀粉相似，但分支长度较短，一般由8-12个Glc残基组成，分支多，分子量高达106-108。遇I2呈红褐色或棕红色。水解终产物是葡萄糖，对动物体血糖水平的调节重要。,Electron Micrographs of Glycogen Granules,Hepatocyte,Glycogen,糖元示意图,纤维素Cell

11、ulose）,自然界中分布最广的糖，以纤维二糖cellobiose为基本单位连接而成，纤维状、僵硬、不溶于水，不分支，约由10000-15000个-D-Glc残基以(1-4)糖苷键连接而成。纤维素的水解需要高温、高压和酸，人体消化酶不能水解纤维素，食草动物利用肠道寄生菌分泌的纤维素酶cellulase将部分纤维素水解为葡萄糖。1838年法国科学家Payen从木材提取分离出的一种物质，由于这种物质是在破坏细胞组织后得到的，因而佩因把它称为cell(细胞)和lose(破坏)组成的一个新名词“cellulose”。,Individual Strand of Cellulose,纤维素的结构,The

12、rigid chair structure can rotate relative to one another,植物每年光合作用能产生出亿万吨纤维素，是纤维素最主要的来源。棉花是自然界中含量最高的纤维素纤维，其纤维素含量为9098%。木材是纤维素化学工业的主要原料，木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。半纤维素含纤维素以外的其他糖，它是由两种或两种以上单糖残基组成的不均一聚糖，大多带有短侧链。构成半纤维素的单糖主要有: D-木糖、L-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖和4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸等。木质素是由苯丙烷结构单元组成的具有复杂三维空间结构的非晶高分子。,组成半纤维素

13、的糖残基,木质素的组成单元,木质素（lignin)是一种复杂的、非结晶性的、三维网状酚类高分子聚合物，广泛存在于高等植物细胞中。木质素与纤维素、半纤维素等一起构成超分子体系，木质素作为纤维素的粘合剂，以增强植物体的机械强度，是仅次于纤维素的第二大可再生资源，全球每年可产生约61014 t。,几丁质壳多糖Chitin,存在于节肢动物昆虫、甲壳类动物（虾、蟹）外骨骼及真菌细胞壁，地球上丰度仅次于纤维素的第二大类糖。由N-乙酰-D-葡萄糖胺以（14）糖苷键缩合而成，分子线状不分支。 几丁质系列开发在保健及医疗上的应用。,几丁质糖链,A homopolymer of N-acetyl-D-glucos

14、amine units in 14 linkage,Biological Function of Chitin,1. 强化免疫；2排除毒素；3降血糖，降血脂，降血压；4强化肝脏机能；5活化细胞，抑制老化；6调节自律神经 。,机能保健食品，包括无毒性的抗癌效果、改善消化吸收的机能、减少脂肪及胆固醇的摄取、降低高血压、强化免疫力等。动物试验证明口服几丁质可以使血液中胆固醇的量降低，其原因是几丁质能与食物中的脂肪类物质结合，阻止脂肪在肠胃中的消化吸收，因此可做为减肥保健食品。 医药用品，手术缝合线、止血和伤口被覆材料、药物运送的载体、隐形眼镜、血液透析膜、抑制胃酸及肿瘤细胞的作用。 食品加工，无毒、

15、无味、可生物降解等。作为凝结剂、食品填充剂、增稠剂、稳定剂、脱色剂、香味增浓剂等。 化妆品，良好的保湿性、增粘性、成膜性，分散性、防静电、减少摩擦等特性，所以在化妆品工业中大量用于发型定型剂、护发剂、护肤剂、润湿剂、香皂等。 纺织，使纺织品具有抗菌及防臭的特性。 环保 农业，生物农药 化学工业,葡萄糖胺(Glucosamine),工业上，将甲壳类动物的甲壳质用盐酸水解制得。动物体内以糖蛋白分布在软骨或结缔组织中， 代表性的物质是蛋白聚糖，与胶原纤维、水分等组合起来，使各器官具有相应的强度、柔性、弹性。葡萄糖胺不是动物所必须的营养元素。 几丁聚糖的降解物质N乙酰葡萄糖胺和聚葡萄糖胺能刺激迷走神经

16、，通过副交感神经的兴奋，使毛细血管扩张，对颈椎病和腰酸背痛有改善和治疗的作用。,香菇多糖、茯苓多糖和昆布素,均为-1，3葡聚糖。 香菇多糖存在于香菇中，对动物肉瘤180等有明显的抑制作用； 茯苓多糖是茯苓中的多糖，也被用于抗肿瘤治疗； 昆布素是昆布中的葡聚糖，用于治疗动脉粥样硬化。,香菇多糖Lentinan,直接从香菇子实体中提取，具抗病毒、抗肿瘤、调节免疫功能和刺激干扰素形成等功能，已被医学生物界所肯定，广泛应用于药品和保健食品中，以它制成的香菇多糖针剂，配合放化疗使用，用于肿瘤患者疗效显著。 典型的细胞激活剂，在体内和体外均能促进特异性细胞毒性淋巴细胞（CTL）的产生，并提高其杀伤活性，还

17、能提高辅助性细胞的功能，提高抗体依赖的细胞毒性细胞活性。,茯苓多糖Pachyman,茯苓多糖的作用早已阐述，修饰的羧甲基茯苓多糖及三萜类化合物是高级保健营养补给剂，具有增强生理活性、刺激人体免疫系统功能恢复、诱生和促诱生干扰素和白细胞调节素；间接抗病毒、抗肿瘤；减轻放射与化疗的副作用；且具保肝、延缓衰老、安神健胃、美容养颜的作用。,灵芝多糖Ganoderma lucidum Polysaccharide,灵芝活性成分的种类很多，有葡聚糖、杂聚糖、半乳糖、甘露糖、甘露岩藻半乳聚糖、阿拉伯糖、阿拉伯木质葡聚糖等。多糖的含量因灵芝品种、提取方法和多糖的纯度等不同而有较大的差异。灵芝多糖的主链越长，侧

18、链变异频率越高，分子量越大，生物学活性越高。灵芝多糖的主要生物活性为:()调节免疫功能；()抑制小鼠体内移植性180实体瘤的生长；()刺激胰岛素分泌，促进葡萄糖在外周组织的利用，降低血糖；()促进核酸、蛋白质合成；()消炎；()对Co60射线辐射所致小鼠骨髓微核效应有防护作用。,右旋糖酐Dextran, glucosan, glucan, macrose,利用微生物（蔗糖经肠磺状明珠菌发酵）制造的高分子葡萄糖聚合物，由多个Glc分子通过-1，6、-1，4、-1，3糖苷键组合的多糖。 分子量平均在75000左右的为高分子右旋糖酐， 是一种血浆代用品，用于提高血浆胶体渗透压， 能将组织的水分吸到血

19、中，维持血容量，临床 用于出血性休克和创伤性休克。分子量在 20000-40000的为低分子量右旋糖酐，主要用于 降低血液粘滞度，防止血栓形成，并有助改善 微循环，兼有利尿作用。,右旋糖酐及用途,中国药典2000年版收藏了三个品种，即右旋糖酐70惯称中分子（64000-76000）、右旋糖酐40惯称低分子（32000-42000）、右旋糖酐20惯称小分子（16000-24000）。右旋糖酐70能提高血浆胶体渗透压，静注后具有扩张血容量作用；40及20可引起红细胞解聚，降低血液粘度，改善微循环和组织。 用途： 1、 配制大容量右旋糖酐注射液；2、 制备右旋糖酐铁的主要中间体； 3、 药用辅料，目

20、前正用于干扰素等品种。,杂多糖Heteropolysaccharides,不止一种单糖或单糖衍生物组成，其他名称包括糖胺聚多糖glycosaminoglycans 、粘多糖mucopolysaccharides、酸性糖胺聚糖及氨基多糖polyaminoglucose等。 由氨基己糖与己糖醛酸以及硫酸等脱水缩合而成，溶液粘性较大，分子中的羧基及硫酸等阴离子通过静电作用与蛋白质等大分子结合。分布很广，大多以蛋白多糖proteoglycan存在，并进一步与胶元蛋白结合构成结缔组织基质的重要成分，如透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等。,粘多糖,粘多糖类是一类胞外生物高分子，是动物体内蛋白多糖分子中的糖

21、链部分，众多的糖链通过共价键与核心蛋白相连。 近年来由于膜的化学功能，免疫物质的化学研究与发展以及新药资源寻找与开发等，发现糖类具有多种多样的功能，在生命现象中参与了细胞的各种活动。关于动物粘多糖在生物学、医学范围内的研究正在不断深入展开。已经证实，此类成分具有多种药理活性，包括抗凝血、降血脂、抗病毒、抗肿瘤及抗辐射等作用，已引起人们的广泛重视。已知粘多糖是动物药的常见活性成分，如在皮（阿胶、海参、蝉蜕、蛇蜕等）、角（羚羊角、犀角、鹿茸等）、贝壳（石决明、牡蛎、皱红螺等）、鳞甲（穿山甲、龟板、鳖甲、玳瑁等）、粘液（蜗牛、泥鳅等）及骨（虎骨、狗骨等）类药材中均含有。,透明质酸 Hyaluroni

22、c acid, hyaluronan,高等动物组织中发现，细菌中也有存在，主要存在于结缔组织如眼球玻璃体、鸡冠、脐带、软骨等组织。主要功能是在组织中吸着水，有润滑剂作用，对组织起保护作用。 结构最简单的一种，有重复的二糖结构单位，D-GlcUA与GlcNAc以-1，3糖苷键相连，二糖单位间以-1，4连接，分子链状、无分支，分子量很大，在100-1000万之间，分子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离子。,透明质酸（Hyaluronic acid),透明质酸 Hyaluronate,-1,3,-1,4,GlcNAc,GlcUA,高吸水特性,透明质酸大量存在于人体的结缔组织及真皮层中，1 g可以

23、吸收500 mL的水分，相当于500倍吸水能力（胶原蛋白只有30倍吸水能力）。 年轻的肌肤富含透明质酸，柔软又有弹性。25岁后开始流失，30岁时只剩下幼年期的65%、60岁时只剩下25%。透明质酸会随着年龄的增长而流失，造成肌肤水分散失，失去弹性与光泽，长久下来肌肤便出现皱纹的老化现象。,透明质酸（HA）又名玻璃酸是一种大分子酸性粘多糖，广泛存在于生物体的结缔组织中，由Meyer和Palmer于1934年首先从牛眼玻璃体中分离出来。20世纪60-70年代，Balazs首先将HA用于眼科手术并获得理想的疗效后，其应用研究得到迅速的发展。20世纪80年代中期，HA被应用于化妆品，1987年又作为关

24、节炎治疗药上市。近年来作为药物载体和组织工程材料而广泛应用。随着其在化妆品和医药方面应用研究的不断开发，HA必将作为一种新的重要生化药物，日益受到国内外的高度重视。,透明质酸的生理功能,透明质酸在体内发挥保水、渗透压调节、维持组织形态、润滑、扩散屏障和缓冲应力等机械功能和重要的生理功能。首先发挥物理和分子信息的过滤器作用；其次大分子量透明质酸对细胞移动、增殖、分化及吞噬功能有抑制作用，小分子量透明质酸则有促进作用。迄今为止，尚未发现透明质酸合成缺陷病例，有人说，没有透明质酸人类就不能存活。,透明质酸的开发应用食用,人体中的透明质酸含量约为15 g，在人体的生理活动中发挥着重要作用。皮肤中的透明

25、质酸含量减少，皮肤的保水功能减弱，显得粗糙并产生皱纹；其它组织和器官中的透明质酸减少，可导致关节炎、动脉硬化、脉搏紊乱和脑萎缩等。人体中透明质酸的减少会产生早老症。 口服透明质酸来增加体内的含量，可补充人体内透明质酸的不足。透明质酸通过消化、吸收，可使皮肤滋润光滑、柔软而富有弹性；可延缓衰老，防止关节炎、动脉硬化、脉搏紊乱和脑萎缩等病症的发生。口服透明质酸可使人精力充足，富有青春活力。口服透明质酸已在欧美等发达国家中广泛应用于保健食品中。,-化妆品,透明质酸是皮肤和其它组织中广泛存在的天然生物分子，具有极好的保湿作用，被国际上称为理想的天然保湿因子Natural Moisturing Fact

26、or, NMF。是目前自然界中发现的化妆品用保湿性能最好的物质。透明质酸作用于皮肤表面，大分子透明质酸可在皮肤表面形成一层透气的薄膜，使皮肤光滑湿润，并可阻隔外来细菌、灰尘、紫外线的侵入，保护皮肤免受侵害；小分子透明质酸能渗入真皮，具有轻微扩张毛细血管，增加血液循环、改善中间代谢、促进皮肤营养吸收作用，具有较强的消皱功能，可增加皮肤弹性，延缓皮肤衰老。透明质酸还能促进表皮细胞的增殖和分化、清除氧自由基，可预防和修复皮肤损伤。透明质酸的水溶液具有很高的粘度，可使水相增稠；与油相乳化后的膏体均匀细腻，具有稳定乳化作用。,-医药,医药用透明质酸主要用于眼科手术的辅助性粘弹剂，妇科、外科手术防粘连，关

27、节炎、皮肤病、烧烫伤、创伤的治疗，以及诱导靶向技术治疗癌症等。透明质酸具有独特理化性质和生理功能，在医学方面已得到广泛应用。透明质酸可用作眼科人工晶体植入手术的粘弹剂、骨性关节炎和类风湿性关节炎等关节手术的填充剂，作为媒介在滴眼液中广泛应用，还用于预防术后粘连和促进皮肤伤口的愈合。与其它药物反应形成的化合物对药物发挥缓释作用，达到定向和定时释放的目的。,透明质酸研究开发需注意的问题,1、透明质酸微量检测技术。透明质酸/硫酸多糖的比值对肿瘤预后的判断和治疗有指导意义，临床上不能检测基质中的透明质酸含量，因而不能对肿瘤的防治提供有效数据，限制了其作为多种疾病诊断和治疗作用的发挥。2、透明质酸给药体

28、系的研究。透明质酸受体的发现揭示了其在人体内可定位聚集，利用这一特性可制备以透明质酸受体为靶向的定向给药。3、需进一步拓展透明质酸的应用领域。我国透明质酸应用开发总体上处于初级阶段，一些新兴领域的应用处于空白状态，产业尚未形成规模，市场潜力巨大。,硫酸软骨素Chondroitin sulfate,软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量一般低于10万（约250个重复二糖），个别可超过30万，有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为D-GlcUA与GalNAc以-1，3相连，糖链生成后由专一性酶在4位或6位进行硫酸化。,6-硫酸软骨素,软骨

29、素-6-硫酸软骨素C Chondroitin-6-sulfate,GlcUA,GalNAc,硫酸软骨素的主要作用 I,调整身体的功能-以胶原纤维和弹力纤维一起存在，具有调整身体各组织与器官的功能。 供给营养成分的水路-硫酸软骨素具有良好的保水性，这个性质能保持体内水分，以水分为媒介，进行养分等的消化、吸收、搬运、新陈代谢等作用。 微量营养素的保持-钙、钾、镁、钠离子与粘多糖具有特殊的亲和性。粘多糖对于这些电解质的移动或调节具有重要的作用。此外，与脑的功能也有密切关系。,硫酸软骨素的主要作用 II,参与制造骨骼-骨骼是由钙与磷所制造出来的，制造骨骼需要氨基酸与维他命D。硫酸软骨素具有运送材料或支

30、撑材料形成骨骼的重要作用。 伤口提早痊愈-身体受伤时，硫酸软骨素对于伤口的修复具有重要的作用。长肉治愈伤口的原因在于硫酸软骨素促进肉芽形成，也有利用动物的粘多糖防止手术后的粘合。 保持关节的滑顺作用-硫酸软骨素、透明质酸是大都存在于关节的软骨的主要成份（2743）赋予软骨弹性与圆滑性。还与包围关节的韧带或肌腱的弹性维持也有关。透明质酸是滑液的主要成分，而软骨素硫酸与透明质酸都能够促使关节滑顺。,硫酸软骨素的主要作用 III,净化血液与阻止凝固-硫酸软骨素具有净化血液的作用，也具有防止血液凝固的功能，被广泛地运用于预防与治疗动脉硬化上。 对眼睛组织的作用-软骨素硫酸保持角膜的透明性，防止角膜膨胀

31、化。当粘多糖与胶原纤维的结合丧失时，会降低角膜的透明性，而形成所谓的白内障。 防止细菌感染-对于病毒或细菌的侵入，与胶原互助合作，包围敌人，具有防止感染扩大的作用。,硫酸软骨素的应用,与形态维持、抵御病菌和毒素，以及皮肤创伤愈合有关。 作为保健食品或保健药品长期应用于防治冠心病、心绞痛、心肌梗塞、冠状动脉机能不全、心肌缺血等疾病，无明显的毒副作用，能显著降低冠心病患者的发病率和死亡率。 此外，硫酸软骨素还应用于滴眼剂、化妆品以及外伤伤口的愈合剂等。 近年来报道，用鲨鱼软骨制取的鲨鱼软骨素有抗肿瘤的作用。,硫酸皮肤素Dermatan sulfate,又称硫酸软骨素B，最初从猪皮中分离，存在于许多

32、动物组织，如猪肠胃粘膜、脐带、肌腱等。二糖单位为L-IduUA与GalNAc以-1，3相连。,硫酸皮肤素,艾杜糖醛酸,N-乙酰半乳糖胺,硫酸皮肤素 Dermatan sulfate,肝素 Heparin,最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏中丰富，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠粘膜是较好的材料来源。结构复杂，由D-GlcN与L-IduUA或D-GlcUA组成二糖单位，同时C2上的-NH2和C6上的-OH可分别被硫酸酯化。常用作抗凝剂，防止血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。,结合糖 Glycoconjugates,糖与非糖物质如脂类或蛋白共价结合，形成糖复合物或复合多糖，包括： 糖脂（Glyc

33、olipids）、 糖蛋白(Glycoproteins) 蛋白多糖（proteoglycans）等糖复合物。,糖 脂Glycolipids,糖脂和脂多糖是细胞膜上的组分，寡糖是亲水的头部基团，作为糖蛋白的特异识别位点。 神经节苷脂是真核细胞的膜脂，糖的部分在膜外，脂的部分参与膜的组成。 在细胞表面与细胞的各种识别事件相关，如鞘糖脂决定人类血型A、B、O。,糖脂与人类血型,脂多糖Lipopolysaccharides, LPS,脂多糖是革兰氏阴性菌外膜显著的表面特征，是脊椎动物免疫体系针对细菌感染产生抗体的主要靶位，决定了细菌株系的血清型。 种类多，革兰氏阴性菌细胞壁含有十分复杂的脂多糖，其分子

34、结构一般包括三部分： 外层专一性寡糖链中心多糖链脂质部分 一些细菌的脂多糖对人和其他动物有毒。,细菌脂多糖Salmonella typhimuriun,Kdo:酮脱氧辛酸、Hep:甘油-D-甘露庚糖、AbeOAc:乙酰阿比可糖。,糖蛋白（Glycoproteins）,自然界中分布最广的一类复合糖，几乎所有的细胞都能合成糖蛋白，由短链寡糖与蛋白质共价连成，连接通过2种不同类型的糖苷键，一种是糖链上的半缩醛羟基与肽链上的Thr、Ser、HyPro、HyLys的-OH形成O-糖苷键；另一种是半缩醛羟基与肽链上的Asn的-酰胺氮形成N-糖苷键。 糖蛋白的寡糖具有生物学功能 。,糖基与蛋白质氨基酸残基的

35、连接,糖蛋白的糖链,糖蛋白上共价连接的糖链通常是寡糖，分子量较小，一般占糖蛋白重量的1-70%，但永远也不会达到蛋白多糖中的99%。有些糖蛋白只有一个或少数几个糖基，另一些可能有无数的寡糖侧链，可以是线状的，也可以是分支的。研究的最多的是红细胞膜上的糖蛋白血型糖蛋白，16个寡糖链（总约60-70%为单糖基）占分子的60%重量。其中的15个寡糖链是O-连接到Ser或Thr残基的-OH，一个是N连接到Asn残基上。,Glycophorin,红色的六角形代表一个四糖：2个唾液酸（Neu5Ac）、一个Gal、一个GalNac O-连接到Ser/Thr残基上。 兰色六边形代表N连接到Asn残基上的寡糖。

36、,蛋白聚糖Proteoglycans,蛋白质与糖胺聚糖以共价键连成大分子复合物，糖胺聚糖链连在核心蛋白上，是具有多聚阴离子的杂多糖，由氨基己糖和己糖醛酸交替排列成线性顺序，不同部位还有硫酸取代基。有三种不同的糖肽键连接，D-Xyl与Ser的-OH形成O-糖肽键、GlcNAc与Asn形成N-糖肽键、GalNAc与Thr或Ser的-OH形成O-糖肽键。,N-linked Oligosaccharide,All N-linked oligosaccharides have a common pentasaccharide core,GlcNAc = N-acetylglucosamine,N-lin

37、ked Oligosaccharide,All N-linked oligosaccharides have a common pentasaccharide core,N-连接的糖肽键的要求,An asparagine can only accept oligosaccharide if it is part of specific sequence Asn-X-Ser Asn-X-Thr,O-连接的糖苷键,Glycosylation,Glycosylation takes place in ER and Golgi complex, N-linked glycosylation begin

38、s in ER and continues in Golgi, O-linked glycosylation only occurs in the Golgi.,凝集素（Lectins）,Proteins that bind specific carbohydrate structures， Ubiquitous found in animals 2)同一寡糖序列在生物体的不同部位和不同的个体发育阶段有不同的功能;3)较为专一的生物作用通常是通过不寻常的序列或常见序列的不寻常表达或修饰来介导的，而这些特殊的糖链也常是毒素和病原体的识别目标。 糖链的共同特点是介导专一的“识别”和“调控”生物学的

39、过程，因此对糖链的生物学作用也只能逐个地分别研究。,糖复合物中的糖链,糖生物学研究得最多的仍然是糖蛋白。糖蛋白中,糖链对蛋白质的功能起修饰作用,它通过影响蛋白质的整体构象从而影响由构象决定的所有功能,如蛋白质的正确折叠、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,在神经组织及脑中更是存在大量的糖脂,但它们的生理意义至今仍了解得不多。蛋白聚糖主要有维持或抑制细胞生长以及在正常发育和病理条件下结合、贮存及向靶细胞释放生长因子和参与信号转导等作用。细胞表面糖复合物上的糖链是信息功能的承担者,承担着细胞-细胞和细胞-胞外基质的相互作用。,糖生物学研究的

40、特点,糖链与蛋白质和核酸在结构和功能方面有很多不同之处，如糖链的结构远比核酸和蛋白质要复杂，由3个核苷酸或3个氨基酸组成的直链分子有6种可能的序列，而由3个己糖所构成的三聚糖的可能序列可达1056-2764 种；且糖链的合成并不是有模板的复制，而是通过糖基转移酶和糖苷酶在内质网和高尔基体内合成的，除受酶基因表达的调控外，还受酶活性的影响，即便在同种分子的同一糖基化位点上，糖链的结构也有差异，有微不均一性。很难得到结构均一的糖链，糖链结构测定和化学合成也远比核酸和蛋白质要困难，极大地限制了对其功能研究。糖链功能和调控的复杂性也制约了研究的速度。,糖类和血型,血型在输血、组织和器官的移植以及法医鉴

41、定中非常重要。人类的主要血型是ABO型，1900年由Landsteiner发现的，对一战期间伤员的抢救作出了重大贡献，并因此获得1930年诺贝尔生理和医学奖。经过许多免疫学家包括Landsteiner和Watkins等半个多世纪的研究，1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。,糖链与血型,糖链与细胞表面的特征,细胞外表面覆盖着一层糖链-糖被。糖蛋白上多分支的N-糖链(分支数可为2-5)象粗大的树枝，O-糖链象细小的树枝；膜糖蛋白的胞外肽链如树干，穿越质膜的肽段和胞内肽段则是树根；糖脂的脂质插入脂双层的外层，其糖链犹如小草。在细胞表面还包裹着一层作为

42、细胞间质组分的蛋白聚糖，一些蛋白聚糖也能整合到质膜中，统称为糖复合物。它们宛如天线，在细胞间传递信息，参与细胞间的粘附，或作为细菌、病毒等病原体的受体，或是作为激素等信息分子的受体起着积极的生物学作用。,糖链与疾病,糖复合物表面糖链结构的改变与很多疾病的发生相伴随。糖链作为自身抗原的疾病有：自身免疫性甲状腺炎、红斑狼疮等，有人认为糖尿病也与此有关。 IgG糖链-类风湿病，IgG的糖含量3%，糖链的功能却鲜为人知。Deisenhofer（1981）通过X-射线晶体衍射分析确定，其糖基化位点以及糖链的结构是二天线的复杂型N-糖链。木幡阳（1985）发现类风湿病人IgG糖链中的Gal低于正常人，提出

43、了“糖病理学”的学科新分支糖链失常与疾病关系 。他和Dwek合作确证，这种缺乏Gal的IgG发生了构象变化，被自身作为异物而产生了相应抗体，在血管和关节等部位出现了免疫复合物的沉积，从而引发类风湿疾病的发生。,糖链和生命现象,Feizi等（1985）提出了“糖分化抗原”的概念，发育过程中细胞糖蛋白和糖脂所携带的糖类抗原的改变是通过有序逐个增加或减少糖残基完成的。人类大约有40-50亿个细胞，组成了许多细胞集团，每个集团的细胞之间以不同的方式相互粘附，细胞和基质之间也存在着相互识别和相互作用，集团之间又相互识别、相互作用和相互制约，调节和控制着高等生物沿着固有的空间轴和时间轴井然有序地发展。在如

44、此复杂的发展过程中所需的极其巨大的“生物信息”只能由所含信息量比核酸和蛋白质大几个数量级的糖链分子来承担。导致了“糖生物学”的诞生。,糖生物学的崛起,糖生物学(glycobiology)在 1988年被正式提出，牛津大学Dwek教授在当年的Annual Review of Biochemistry中撰写了以“糖生物学”为题的综述，标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生。同一年牛津大学研制成功了N-糖链的结构分析仪，并实现了产品的商品化。,糖生物学-生命科学的前沿,三家实验室(1990)几乎同时发现血管内皮细胞-白血球粘附分子1(ELAM-1)，后改名为E-选凝素(E-selectin)，能识别白

45、血球表面的四糖Sia-LeX，当组织受到损伤时，白血球和内皮细胞粘附，沿壁滚动而穿过血管壁，进入受损组织杀灭入侵的异物。后来又发现了P-选凝素和L-选凝素，首次阐明了炎症过程有糖类参与。在肺癌和大肠癌细胞的表面也发现了Sia-LeX，癌细胞可能借助类似的机制穿过血管而导致肿瘤的转移。掀起了开发和生产抗炎和抗肿瘤药物的热潮。以糖命名的药厂应运而生，美国Scripps研究所的王启辉首先应用3种不同的糖基转移酶，酶促合成了Sia-LeX。,糖类与遗传学,糖类是遗传学上非常重要的物质之一，过去人们并没有给予足够的评价，如DNA与RNA的区别既不在碱基、也不在磷酸，唯一的差别在核糖（RNA）和脱氧核糖（

46、DNA）上，核糖的位羟基对于RNA来说，不仅是折叠成固有三维结构的关键因素，也是RNA具有催化作用的重要组成部分。 核糖位羟基是DNA和RNA在遗传学上的本质差别，由此可见糖类在遗传学上扮演着核心和关键角色。根据糖类在生命过程中所扮演的重要角色，糖类应该有自己的遗传密码。,糖类遗传密码,生命信息的准确传递是维持正常生命过程的基础，三维结构的准确遗传、正常代谢和准确表达则是信息准确传递的物质结构基础。作为“天才绝妙信息箱”的糖类，其物质结构基础是如何由双亲传给子代的？在后天的细胞新陈代谢中这种结构基础又是如何正常代谢和准确表达的？这个问题的答案就是糖类遗传密码（糖码）。与蛋白质遗传密码类似，生物

47、体内也可能存在糖类遗传密码。虽然当代大多数科学家都认为是糖基化酶编码了糖类，但也有一些人注意到了糖类本身的编码功能、对基因的反调控作用、糖类一维结构的多样性和三维结构的有限性等现象。,糖类遗传密码是什么？,生命进化过程：低等植物高等植物（糖类为主体），低等动物 高等动物（蛋白质为主体）。糖类与蛋白质一样可能也有自己的遗传密码，二者可能有一定的内在联系，也必定存在明显差别。糖类遗传密码可能与糖类本身有密切关系（包括糖甙、糖苷衍生物）。也许先有糖类遗传，然后才有蛋白质遗传。糖类是自然界最容易生成的有机分子，CO2H2O在大海的盐场催化下，阳光为能源，可以形成甲醛，这是第一个最简单的最小的碳水化合物

48、。从第一个简单的有机分子到复杂、高级的生命有机分子，必然存在一条通路。,糖类遗传密码与II型糖尿病,II型糖尿病的主要病因可能是糖类遗传密码出了毛病？从糖类遗传密码假说角度研究II型糖尿病，有可能获得新结构类型的治疗药物。II型糖尿病的病因学研究可能有利于糖类遗传密码的破译，对出毛病的糖类遗传密码进行部分修复或弥补其不足，需要对血糖具有双向调节功能的药物，而不是现在临床上所采用的单纯降低血糖药物。膳食不平衡、营养不良、营养过剩，时间长了会损伤调控糖类吸收和代谢的遗传系统，可能是发生II型糖尿病的原因。,糖类遗传密码与其他疾病的关系,许多疾病的发生和治疗都与糖类密切相关，如细菌和病毒的抗原部分早

49、已为人们所认识，疫苗的应用实际上是糖类的贡献。从糖码假说角度分析，癌症和病毒都可能是由于糖码畸变造成的恶果。艾滋病毒潜入人体细胞后，不能被防御体系识别，原因可能在其糖类部分。忽视糖类作用所得到的某些抗HIV制剂治标不治本。中医对糖类药物非常重视，扶正固本的药物被列为上品，如人参、黄芪、灵芝、茯苓、地黄、枸杞子等等，其中的活性成分大多数是皂甙、多糖或寡糖类，其实皂甙也是糖类衍生物。,期待发现更多糖类受体和糖类酶,韩国科学家发现，合成的糖类聚合物具有催化RNA和DNA的水解作用，四个聚合物含有呋喃核糖，一个聚合物含吡喃糖，既能催化对硝基苯基磷酸乙酯的水解，也能催化含有个碱基的单股DNA水解。一般情

50、况只有核酸水解酶才能水解DNA，该发现的新颖性得到国际同行的高度重视和评价。英国生物化学家M.J. Gait评价说：很显然，糖类聚合物有效地水解磷酸二酯键是史无前例的发现。虽然国际同行们高度评价了Han课题组的新发现，但是都没有涉及到是否存在天然的含有糖类的受体或含有糖类的酶。糖类聚合物单体能够水解RNA和DNA的发现，是对糖码存在可能性的间接支持，它对生命科学理论的影响将远远超过它本身的实用价值。,糖类的遗传与变异,遗传和变异是生命过程不可缺少的两个重要方面，二者都有两重性。遗传保持了种、属的相对稳定性，但不能产生新种，难以适应变化大的环境，不变异就会退化或在环境大变化中消亡。变异既可以发展优势、产生新种、适应不断变化的环境，也可能畸变到病态，使个体消亡。 糖类具有结构多样性和易于异构化，其保守性不及核酸和蛋白质，变异性可能会超过