蛋白聚糖-2010

基底膜蛋白聚糖
串珠样蛋白聚糖(perlecan) (大分子 HSPG)
硫酸软骨素蛋白聚糖
粘结蛋白聚糖 细胞膜结合型 (多为HSPG) 糖基磷脂酰肌醇蛋白聚糖(glypican)
β 蛋白聚糖及CD44 (兼职PG,含CS)
凝调蛋白聚糖(thrombomodulin)
细胞内型
丝甘蛋白聚糖 (含Hep或过硫酸化的CS)
– 存在于成纤维细胞基质，分子量78万~86万 – 不含KS链；GAG链较少；可连结大量N-糖链和O-糖链； –也有氨基末端G1结构域和羧基末端G3结构域，但缺少G2结构 域。
Aggrecan and Versican
细胞外小分子间质蛋白聚糖
• 具有一条或几条GAG链 • 核心蛋白的共同特征是具有富含亮氨酸的 重复结构花式——归为leucine-rich proteoglycans家族
容抗原，IX型胶原蛋白等。核心蛋白上的GAG链 可有可无。
糖胺聚糖的类型
• 透明质酸(hyaluronic acid, HA) • 硫酸软骨素/硫酸皮肤素(chondroitin sulfate, CS/dermatin sulfate, DS) • 硫酸角质素(keratan sulfate, KS) • 硫酸乙酰肝素/肝素(heparan sulfate, HS/heparin, Hep)
连接区寡糖(2)
• KS链的N-连接和O-连接：
核心蛋白的分类
• 丝甘蛋白聚糖(serglycin)：M最小，约2万，含24个连
续的Ser-Gly重复。
• 饰胶蛋白聚糖(decorin)：M约3.6万，富含Leu重复序
列，在结缔组织中参与调节胶原纤维的形成。
• 粘结蛋白聚糖(syndecan)： M约3.2万，具有跨膜结
引导乙酰胆碱受 体在神经肌肉接 头处聚集
与基底膜的胶原 结合 细胞表面与基质
Perlecan
Biglycan
HS
CS/DS
3
2
糖胺聚糖链的生物合成部位
• 内质网：核心蛋白肽链 • 高尔基体：CS/DS; Hep/HS • 质膜内表面：HA
GAG链的合成过程
• • • • • • 多糖链的形成是由单糖逐个加上去的 木糖基的起始识别位点：Glu/Asp-X-Ser-Gly 核心蛋白序列决定GAG链性质 糖醛酸由UDPGA提供； 单糖要由UDP活化； 硫酸基转移酶
– 存在于软骨细胞外基质的大分子CS/KSPG，分子量250万。含 有约100条CS，50条KS，50条O-Glycan，10~15条N-Glycan。 – 具多个结构域 – “分子弹簧” 整个分子形状犹如一个“瓶刷”，形成大的溶 剂化领域。每克蛋白聚糖（干重）可吸引约50mL的溶剂。
• 多能蛋白聚糖(Versican)：
弹性蛋白(Elastin)
弹性蛋白(Elastin)
• 是弹性纤维(elastic fibers)的主要成分。 • 功能：能够赋予细胞外基质弹性。 • 弹性蛋白也是富含甘氨酸和脯氨酸的蛋白 质。与同胶原不同的是，弹性蛋白的脯氨 酸没有羟基化，所以没有羟脯氨酸的存在。
糖胺聚糖
蛋白聚糖的结构、功能和代谢
蛋白聚糖的性质
蛋白聚糖 糖胺聚糖种类 糖链数量
Aggrecan Versican Syndeca n Lumican Agrin CS/KS CS/DS 120 10~30
功能
与软骨组织的HA 结合 与细胞外基质的 HA结合
HS/CS
KS HS
1~6
3~4 4
与生长因子结合
维持角膜透明度； 与胶原结合
构。
• 可聚蛋白聚糖(aggrecan)：M很大，可聚集，是软骨
中的主要结构分子。
蛋白聚糖核心蛋白的特点
• 多数核心蛋白可分为几个不同的结构域； • 所有核心蛋白均有糖胺聚糖取代结构域； • 通过特异结构域，一些蛋白聚糖可锚定在细胞表 面或胞外基质的大分子上； • 有些核心蛋白含互作的特异结构域。
• • • • • • • 1、蛋白聚糖的分子组成和分类 2、糖胺聚糖的类型 3、蛋白聚糖的分类 4、核心蛋白的结构 5、蛋白聚糖的分布、结构和生理功能 6、细胞间质生物学：细胞基质与细胞粘附 7、蛋白聚糖的代谢与疾病
分子
什么是蛋白聚糖？和糖蛋白的区别？
• 蛋白聚糖是蛋白质与硫酸化的糖胺聚糖共 价连接的大分子糖复合物。 • Proteoglycans are a class of glycosylated proteins which have covalently linked sulfated glycosaminoglycans, (i.e., chondroitin sulfate, dermatan sulfate, heparan sulfate, heparin, keratan sulfate).
细胞外基质(extra-cellular matrix,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：各组织和细胞之间的胞间隙或胞间膜。 • 意义：组织之间的联系与隔离 • 主要成分
– – – – – 胶原 (collagen)：抗拉伸 纤连蛋白 (fibronectin, Fn) ：粘连 层粘蛋白 (laminin, Ln) 蛋白聚糖：抗压缩 弹性蛋白：抗拉伸
蛋白聚糖的分布、结构和功能
1．胞外透明质酸和大分子间质蛋白聚糖 2．胞外小分子间质蛋白聚糖 3．基底膜蛋白聚糖 4．细胞表面蛋白聚糖 5．细胞内蛋白聚糖
透明质酸
蛋 白 聚 糖 的 分 类
(1)
大分子
可聚蛋白聚糖 (CS/KSPG)
细胞基质型
小分子
多能蛋白聚糖(CS/DSPG)
双链蛋白聚糖和饰胶蛋白聚糖 (CS/DSPG) 纤调蛋白聚糖和光蛋白聚糖 (KSPG)
Intracellular heparin, CS granules
透明质酸(hyaluronic acid, HA)
• 分布：HA广泛分布于动物结缔组织的细胞外间质中，以胚胎组织、滑
液、玻璃体、脐带及鸡冠等组织中含量最多。也存在于一些细菌的荚膜中，
例如葡萄球菌及链球菌A型和C型等。
• 分子大小：可达1000万，约25000个二糖重复单位，伸展长度约
基底膜结构
基底膜蛋白聚糖
• Perlecan:大分子的HSPG
The amino-terminal domain I contains three heparan sulfate (HS) chains; domain II has four LDL receptor-like repeats; domain III contains repeats resembling those in the short arm of laminin; domain IV has Ig-like repeats similar to those in NCAM, and domain V contains repeats similar to those in laminin A chain and EGF motifs.
25μ m 。
• 分子结构：游离的GAG；多聚阴离子；无规线团 • 物化性质：粘度；弹性；水化空间 • HA结合蛋白：
结构性结合分子：连结蛋白、Aggrecan、Versican等分子中的HABR 细胞表面的HA受体
能与HA特异相互作用的大分子细 胞外CSPG
• 可聚蛋白聚糖(Aggrecan)：
D-GlcN (α) L-IdoA(2S)/ (2N-S, 6S,3S) D-GlcA(2S)
O-硫酸基
N-/O-硫酸基
肝素与硫酸类肝素的区别
特征
在 2mol/L 醋 酸 钾 (pH5.7, 4℃)中溶解
硫酸类肝素
是
10~70kDa 0.8~1.8 40%~60% 30~50%
Hale Waihona Puke Baidu肝素
不
10~12kDa 1.8~2.4 ≧85% ≧70%
第三章 蛋白聚糖
(proteoglycan)
广泛存在的糖胺聚糖和蛋白聚糖
• 原核生物——胞外多糖
真核生物
棘皮动物补品——海参
药用真菌——银耳
结缔组织
蹄筋 关节软骨
皮肤
常见的蛋白聚糖物质
• 结缔组织中含量较高：软骨、角膜基质、 关节滑液、蹄筋、粘液、眼玻璃体等 • 银耳、燕窝、海参等保健品 • 葡萄糖胺、硫酸软骨素、透明质酸等成分 的保健品和药物
蛋白聚糖的分类(2)
Localization ECM Collagenassociated Basement membrane Cell-surface Mr of the core protein (kD) CS, KS, DS 225-250 GAG-chain CS, DS, KS HS HS, CS 40 120 33[a]-60[b]92[c] 17-19 Principal members aggrecan, versican decorin, biglycan, fibromodulin, lumican perlecan syndecans[a], glypican[b], betaglycan[c], CD44E, cerebroglycan serglycin
– 硫酸基供体：3‘-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸(PAPS)
• 糖胺氨基来自于Gln
木糖基是糖胺聚糖链合成的引物
a) Xylosides with suitable lipophilicity can penetrate cell membranes and initiate GAG synthesis. b) Some GAG chains are transported into the cell nuclei, and c) the xyloside derived products are cell toxic and trigger apoptosis (cell death).
细 胞 外 小 分 子 间 质 蛋 白 聚 糖
基底膜结构
• 一种特殊的细胞外间质，位于上皮细胞和内皮细 胞的基底面与深层结缔组织之间；可分为透明层、 致密层、纤维状层；也可围绕在一些细胞周围， 没有纤维状层，称为基板。
• 组成基底膜的大分子：IV型胶原，层粘连蛋白 (laminin)、巢蛋白(nidogen)和蛋白聚糖(HSPG和 CSPG）。
分子大小 硫酸基/己糖胺 GlcN N-硫酸基 IdoA 含量
与抗凝血酶结合
合成部位
0~0.3%
基本上所有细胞
~30%
肥大细胞
连接区寡糖(1)
• CS/DS, HS/Hep:
通过还原末端的 木糖与核心蛋白 序列（通常是 Ser-Gly）中的 Ser-OH之间形成 糖苷键，木糖的 C-2常被磷酸化。
细胞表面粘附分子
• • • • • • 整合蛋白 层粘连蛋白受体 钙依附的粘附蛋白 免疫球蛋白超家族 C44 血管地址素
细胞内蛋白聚糖——Serglycin
• GAG链种类为Hep或过硫酸化的CS。 • 细胞贮存颗粒，其分子具有密集的负电荷 基团，与带正电荷的蛋白酶、羧肽酶及组 织胺等相互作用，参与这些生物活性分子 的贮存和释放。 • 结缔组织肥大细胞中的Serglycin是机体所 需肝素的主要来源。
ECM
细胞表面蛋白聚糖
• GAG链主要是HS，也有CS。 • 与质膜的结合方式有3种：
– (1)核心蛋白疏水肽段直接插入膜双层； – (2)核心蛋白与GPI共价结合而锚定在质膜上； – (3)通过HS链与质膜结合蛋白之间进行特异或 非特异相互作用；
细胞表面蛋白聚糖
• Syndecan：
–羧基末端胞质结构 域； –跨膜的疏水结构； –连接糖胺聚糖链的 细胞外结构域。
蛋白聚糖的分子组成和分类
核心蛋白 糖胺聚糖（glycosaminoglycan，过去也称粘多
糖）：是具有多聚阴离子的杂多糖，由己糖醛酸或 半乳糖与氨基己糖构成的二糖单位重复几十到几百 次组成的线性糖链。一个蛋白聚糖分子可含有1条 到上百条GAG链。
连接区寡糖 • “兼职”蛋白聚糖：如Tf受体，II型组织相
GAG的重复单元结构比较
GAG HA CS DS 己糖胺 D-GlcNAc D-GalNAc (4S, 6S) D-GalNAc (4S, 6S) 己糖醛酸 D-GlcA D-GlcA L-IdoA/ D-GlcA 硫酸基 无 O-硫酸基 O-硫酸基
KS
Hep/H S
D-GlcNAc(6S) D-Gal(6S)