第19章糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质

肿瘤抑素(tumstatin)
血管能抑素(canstatin)
IV型胶原α3链NC1区 (180aa)
IV型胶原α2链NC1区(227aa)
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（三）胶原的氨基酸组成和空间构象特点
氨基酸组成：富含甘氨酸（占1/3）和脯氨酸（占 1/4），特有羟赖氨酸和羟脯氨酸，甚少酪氨酸， 没有色氨酸和半胱氨酸（营养不完全蛋白质）
Extracellular Matrix, ECM
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细胞外基质(extracellular matrixc，ECM) 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组成的细胞间质。 分布在各组织细胞和细胞间的胞间隙或 胞间膜。
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ECM的主要成分： • 结构蛋白：如：胶原、弹性蛋白 • 专一蛋白：属于糖蛋白，如：纤连蛋白、 层粘蛋白、纤维蛋白 • 蛋白聚糖
半乳糖(Gal)
甘露糖(Man) 岩藻糖(Fuc) N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)
N-乙酰神经氨酸(NeuAc) [唾液酸(SA)]
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糖蛋白糖链的N-连接型和O-连接型
N-连接： 连接 方式 O-连接：
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（二）N-连接糖蛋白的糖基化位点为Asn-XSer/Thr

移ห้องสมุดไป่ตู้作用。
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内源性血管生成抑制剂种类和来源
内源性血管生成抑制剂 内皮抑素(endostatin) 休眠蛋白(restin) 内皮生长抑制蛋白(vastatin) 阻碍蛋白(arrestin) 来源及分子大小 XVIII型胶原C端非螺旋结构域(184aa) XV型胶原C端非螺旋结构域(180aa) VIII 型胶原C端非螺旋结构域(164aa) IV型胶原α1链NC1区 (180aa)
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一、胶原

胶原(collagen)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分泌，某些上皮 细胞也能分泌某些类型的胶原蛋白。 分布于骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌 肉、软骨、角膜等。 起支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。


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（一）胶原的分子组成和分型
胶原经超速离心后可分得3个组分，即α、 β、γ，其中β和γ组分分别是α组分的二聚体和 三聚体。α组分又分为α1, α2, α3和α4，它们在 氨基酸组成上有所不同，但肽链长度近似。
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5型胶原蛋白的结构及组织分布
类型 肽链类型
I α1(I);α2(I)
分子形式
[α1(I)]2[α2(I)] [α1(I)]3 [α1(Ⅱ)]3
成分
羟赖氨酸较低 聚糖较少 纤维较宽 羟赖氨酸较高 聚糖较多 纤维较窄 羟赖氨酸较高 羟脯氨酸较高 聚糖较少 羟赖氨酸较高 聚糖较多 羟赖氨酸较高 聚糖较多
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二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖 的结构域

核心蛋白（core protein）为与糖胺聚糖 链共价结合的蛋白质。

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在细
胞表面或细胞外基质的大分子中。
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按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分为3类：
1. 大分子聚集型：胞外基质蛋白聚糖 2. 小分子富含亮氨酸型：胞外基质蛋白聚糖 3. 跨膜型：胞内蛋白聚糖
（一）聚糖可影响糖蛋白生物活性

保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰
期；

蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白
的作用；

聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫 系统识别而产生抗体。
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（二）糖蛋白聚糖加工可参与新生肽链折叠

参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确 的空间构象；

糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切
子识别作用的基础。

受体与配体识别和结合也需聚糖的参与。

细胞表面糖复合物的聚糖还能介导细胞-细胞
的结合。
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第二节 蛋白聚糖
Proteoglycan
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概念：蛋白聚糖是一条或多条糖胺聚糖以共价 键与核心蛋白形成的大分子糖复合物。

特性：糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。 分布：软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、 粘液、眼玻璃体等组织。

O-连接寡糖结构 O-连接寡糖有N-乙酰半乳糖与半乳糖构 成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再 接上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。
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O-连接寡糖合成 O-连接寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的 作用下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接 上N-乙酰半乳基，然后逐个加上糖基直至O-
连接寡糖链的形成。
第19章
糖蛋白、蛋白聚糖 和细胞外基质
Glycoprotein, Proteoglycan and Extracellular Matrix
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单糖 寡糖 糖类 多糖 结合糖 （糖复合物） (glycoconjugates) 糖蛋白(glycoprotein) 蛋白聚糖(proteoglycan) 糖脂(glycolipids)
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蛋白聚糖的结构 核心蛋白 组成 糖胺聚糖 糖醛酸 艾杜糖醛酸
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葡萄糖胺 糖胺
半乳糖胺
葡萄糖醛酸
一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺 组成的重复二糖单位
糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾称为 粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。

体内重要的糖胺聚糖（6种）： • 硫酸软骨素类(chordroitin sulfates) • 硫酸皮肤素(dermatan sulfate) • 硫酸角质素(keratan sulfate) • 透明质酸(hyaluronic acid) • 肝素(heparin) • 硫酸类肝素(heparan sulfate)
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UDP或GDP的衍生物。
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长萜醇-PP-聚糖的合成
异戊二烯单位 异戊醇
Glc
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3型N-聚糖的加工过程（共翻译过程）
高甘露糖型
复杂型
杂合型
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（五）O-连接糖蛋白

定义 糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的
羟基相连，称为O-连接糖蛋白。
[α1(Ⅳ)]2[α2(Ⅳ)] 及其它形式 [α1(Ⅴ)]3 [α1(Ⅴ)]2[α2(Ⅴ)] [α1(Ⅴ)][α2(Ⅴ)][α3(Ⅴ)]
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（二）胶原蛋白C端非螺旋结构域与内皮抑素

XVIII型胶原蛋白C端非螺旋结构域的氨基酸序 列含有内皮抑素(endostatin)的全部序列。由此， 推测组织中的XVIII型胶原蛋白C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。 不同胶原蛋白C端非螺旋结构域能产生不同内源 性血管生成抑制剂，它们都有显著的抑制血管 内皮细胞生长和迁移、抑制肿瘤细胞增殖和迁
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蛋白质 + GlcNAc O-GlcNAc糖基转移酶 β-N-乙酰氨基葡萄糖酶
蛋白质的Ser/Thr-O-GlcNAc
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（七）糖组学
糖组(Glycome)是指一种细胞或一个生
物体中全部聚糖种类。
糖组学则包括聚糖种类、结构鉴定、糖 基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能 等研究。
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二、糖蛋白分子中聚糖的功能
相关 。
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（三）糖蛋白聚糖可参与维系亚基聚合
具有功能的糖蛋白的二聚体，往往依靠 糖-蛋白或糖-糖相互作用维系亚基的聚合和 构象。
（四）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送 和分泌中的作用
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。
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（五）糖蛋白聚糖具有分子间的识别作用

聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到分
N C-(CH2)2-CH2-CH2-NH3+ C 赖氨酸 O 赖氨酸氧化酶 N H O N C-(CH2)2-CH2-C C 醛衍生物 H O
2 +H 3N-CH2-CH2-(CH2)2-C
N H C
H
O
赖氨酸 2NH3 O H C-CH2-(CH2)2-C N
O
H
H
C O
醛衍生物
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N
N
OH
N

在内质网上合成核心蛋白多肽链，在高尔基 体内进行糖链延长或加工。

多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛 酸由UDPGA提供；单糖要由UDP活化；硫酸 由PAPS提供；糖胺的氨基来自于Gln。
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四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分
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、分化和防御等有关。 2. 其它功能 参与神经发育、细胞识别结合与分化（硫酸肝素） 抗凝血、促使LPL释放入血（肝素） 维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等

定义： 糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-XSer/Thr序列的天冬酰胺的酰胺氮以共价 键连接称N-连接糖蛋白。
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N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基 酸残基的序列子称为糖基化位点。 糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为 糖型(glycoform)。
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（三）N-连接聚糖可分为3型
氨基葡萄糖以共价键方式结合于蛋白质的Ser/Thr
残基上。
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O-GlcNAc糖基化蛋白质的解离需要特异性 的β-N-乙酰氨基葡萄糖酶(O-GlcNAcase)作 用，O-GlcNAc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 Ser/Thr磷酸化位点处或其邻近部位。糖基 化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。
组织分布
肌腱,骨,皮肤,角 膜,韧带占体内胶 原蛋白总量90% 软骨眼玻璃体,椎 间盘 血管,肌肉,皮肤, 内脏 基底膜 平滑肌细胞,胚胎 组织,腹膜,胎盘, 皮肤,骨
Ⅱ
α1(Ⅱ)
Ⅲ
α1(Ⅲ)
[α1(Ⅲ)]3
Ⅳ Ⅴ
α1(Ⅳ);α2(Ⅳ); α3(Ⅳ);α4(Ⅳ); α4(Ⅳ) α2(Ⅴ) α3(V)
空间构象特点：原胶原蛋白由3条α肽链形成三股螺 旋的棒状结构。其依赖一级结构重复出现的模序 Gly-Pro-X。
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（四）胶原微纤维(collagen fibril)
若干具有三股螺旋结构的Ⅰ型原胶原分子
通过侧向排列，聚集成直径为50～200nm的微
纤维。
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N H
原胶原分子侧向共价连接的醛醇交联反应

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（一）纤连蛋白的分子结构
由分子量为25万的单体组成的二聚体。它 的一级结构由3种不同类型的内在序列同源结 构重复出现而构成。
H
H
O
C-(CH2)3-CH C
O 醛醇缩合 N N C-(CH2)3-CH C
CH-(CH2)2-C C
H H 2O
H C O
N C-(CH2)2-C H CHO C
H
H O
O
目录
二、纤连蛋白

纤连蛋白(fibronectin, Fn)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、关节腔滑液、羊水）中的一种 多功能糖蛋白。 多为二聚体形式，也有以多聚体形式存在。
目录
第一节
糖蛋白
Glycoprotein
目录

糖蛋白

概念：一种或多种糖以共价键连接到肽链上 的蛋白质。 特性：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、溶酶体、细胞外液


目录
一、糖蛋白糖链的结构
（一）糖蛋白聚糖分为N-连接和O-连接型两种

聚糖中单糖的种类：
葡萄糖(Glc)
①高甘露糖型 ②复杂性 ③杂合型 都有一个五糖核心
Man Man GlcNAc GlcNAc
Asn
Man
目录
目录
（四）N-连接寡糖的合成是以长萜醇作为 聚糖载体
N-连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载
体，先合成含14个糖基的寡糖链，然后转移至肽链
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。
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聚糖作为信息分子：糖密码

特异的聚糖结构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 胞的相互作用、组织与器官发育以及细胞外 信号转导等。 每一聚糖都有一个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，即糖密 码(sugar code)。

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第三节
细胞外基质

蛋白聚糖聚合物结构：由透明质酸长聚糖两侧经 连接蛋白而结合许多蛋白聚糖而成。由于糖胺聚 糖上羧基和硫酸根均带有负电荷，彼此相斥，所 以在溶液内蛋白聚糖呈瓶刷状。
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骨骺软骨蛋白聚糖聚合物
透明质酸 连接蛋白
硫酸角质素 硫酸软骨素 蛋白聚糖亚基 核心蛋白
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三、核心蛋白逐一加上糖基而形成 蛋白聚糖
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（六）蛋白质β-N-乙酰氨基葡萄糖糖基化是 可逆的单糖基修饰

β-N-乙酰氨基葡萄糖(β-N-acetylglucosamine，O-
GlcNAc)糖基化修饰，主要发生于膜蛋白和分泌
蛋白。

O-GlcNAc糖基化修饰是通过O-GlcNAc糖基转移 酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作用，将β-N-乙酰