第三条大分子生命链糖链

第三条大分子生命链糖链

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【关键词】糖链; 糖蛋白; 糖脂; 蛋白聚糖

生命现象的分子基础主要依赖于生物大分子及其相关的一些小分子。生物化学研究人员一直认为：生物体内组成蛋白质的氨基酸链(肽链)、组成核酸(RNA和DNA)的核苷酸链以及存在于脂类(包括中性脂肪、磷脂和糖脂)中的脂肪酸链是体现生命活动的三个生命链。但其中的脂肪酸链是一个单一的小分子，其组成单位是CH3，CH2，CH= (=CH)和COOH等化学基团而不是在化学意义上的分子。只有蛋白质和核酸是真正的生物大分子。20世纪70年代左右，人们才认识到生物体内另一类由不同单糖组成链状结构的糖链在生命活动中的重要性。糖链是除蛋白质肽链和核酸链以外体现生命现象的第三类大分子的生命链，糖复合物的研究已被公认为继蛋白质和核酸的研究后探索生命奥秘的第三个里程碑。

无可置疑，蛋白质是生命现象的重要体现者，其功能多种多样。如肌肉收缩靠的是肌肉中的肌球蛋白和肌动蛋白，血液运输氧分子依赖于红细胞中的血红蛋白，食物的消化和新陈代谢又仰仗于有催化作用的酶蛋白。另一方面，蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序依赖于核酸

链中4种核苷酸的排列顺序。核酸是遗传信息的保持者，而遗传信息流向的中心法则是DNA(含A，G，C，T 4种核苷酸)→RNA(含A，G，C，U 4种核苷酸) →蛋白质。近年来发现，糖链能影响糖蛋白肽链的折叠、聚合、溶解和降解，还参与糖蛋白的分拣(sorting)和投送(trafficking)等细胞过程，而这些功能的主要机制是糖链参与细胞和分子的生物学识别(recognition)，如受体和配体、细胞和间质、细胞和细胞、细胞和病原体等。这些功能是细胞的高级功能，只有当生物进化到多细胞时才能具备。如以细胞比作国家，那么处于细胞内的蛋白质和核酸主管内政，而处于细胞膜上的糖链则主管外交。用电子显微镜可看到，细胞膜的外面被一层糖链所包裹，就足以证明这一点。糖链之所以能负起分子识别的重任，是因为它的结构中含有较蛋白质和核酸更多的信息。一个含有4个特定氨基酸的四肽最多具有数十种同分异构体，而一个含有4个特定糖基的四糖则可有3万余种异构体。这是因为肽链中的一个氨基酸残基只能在其氨基侧或羧基侧各形成一个肽键，一般不会形成分支肽链;核苷酸也都是3′，5′磷酸二酯键连接，也不可能存在分支的核酸。但是糖链中两个糖基的相连接可以有1→2，1→3，1→4，1→6等不同方式，一个糖基和相邻残糖基可形成4个糖苷键，从而使糖链分支。而且每个糖基还有α,β异头构型，更造成了连接键的复杂性。糖链中糖基的数目、种类和连接键的改变都能引起糖链功能的变化。糖链和肽链、核酸链的另一重要区别是糖链的生物合成没有模板，糖链中糖基是在不同专一性糖基转移酶的催化下一个个地顺序加上去的(N糖链的核心部分例

外)。

在说明糖链的功能以前，有必要先简单介绍一下糖链的种类和结构。

1 糖链的分类和结构

生物界中的糖链主要有四大类。

1.1 糖蛋白中的糖链

人体内的蛋白质有三分之一以上是糖蛋白(glycoprotein)，存在于各种组织和不同细胞中，绝大多数的血浆蛋白质也是糖蛋白。糖蛋白是蛋白质和糖类的共价复合物，其中的糖基少则一个，多则数百个，故糖蛋白的含糖量可低至2%，高至50%以上。由糖基连成的糖链又称为寡糖链(oligosaccharide chain)或称聚糖(glycan)。蛋白质肽链可在不同部位结合一个以上的糖基或糖链。根据糖链在肽链上的连接位点，主要有天冬酰胺(Asn)连接和丝氨酸或苏氨酸(Ser/Thr)连接两大类。前者是糖链通过还原端的N乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)以β1,4键和蛋白质肽链中Asn的酰胺氮连接，故称为N(或Asn)连接型糖链或N糖链;后者是糖链通过还原端的N乙酰氨基半乳糖(GalNAc)以α1,4键和蛋白质肽链上Ser或Thr的氧原子(O)连接，故称为O GalNAc连接型糖链，简称O糖链。能被N糖基化的Asn位点必须处于Asn Xaa Ser/Thr(或NXS/T)序列子(sequon)中，其中Xaa 可以是Pro以外的任何氨基酸。N糖链都有一个由3个甘露糖(Man)和2个GlcNAc组成的分支的五糖核心(Man3GlcNAc2,图1)。

(a) 复杂型(b) 杂合型 (c)高甘露糖型图 1 三型N聚糖及其

核心部分的结构

核心外侧的两个Man分别以α1,3键和α1,6键连接于内侧的一个Man,组成糖链的1,3和1,6臂,而内侧的Man又以β1,4键连接于由两个GlcNAc以β1,4键相连的二糖。最内侧GlcNAc再和Asn连接。五糖核心外侧的糖基组成外链，可含有GlcNAc、半乳糖(Gal)、唾液酸(SA)等。酸性N糖链的外端一般是唾液酸，高等动物中的SA主要是乙酰神经氨酸(NeuAc)，中性糖链则一般以Gal或岩藻糖(Fuc)为外端。很少数的N糖链可含N乙酰氨基半乳糖(GalNAc)和末端硫酸基团。N糖链又可根据其1,3和1,6臂相连的外链中的糖基是单纯的Man或者含有GlcNAc，Gal，SA等多种糖基而分为高甘露糖型、杂合型和复杂型三类(图1)。实际上，在哺乳动物体内，高甘露糖型和杂合型是复杂型合成时的中间产物。复杂型N糖链五糖核心的内侧Man有时还可有以β1,4连接的GlcNAc,称为平分型GlcNAc;而核心内侧的GlcNAc可以α1，6键连接1个Fuc, 称为核心Fuc(图1)。此外，复杂型N糖链中1,3臂的Man可在其第2位和第4位分别以β1,2和β1,4键连接一个或两个GlcNAc;而1,6臂的Man则可在其第2位和第6位分别以β1,2和β1,6键连接一个或两个GlcNAc。结果复杂型N糖链可带有1～4条外链(又称天线)，所以，有单、双、三、四天线的复杂型N糖链之分。

O糖链又称黏蛋白(mucin)型糖链，因黏蛋白中O糖链的含量最高。一条肽链可连接数条或数十条O糖链，可和N糖链并存于同一肽链上。其糖基最少只有一个GalNAc，多达数十个以上。糖链