糖生物学的主要内容

第一章：序言

糖生物学：广义来说，糖生物学可定义为研究自然界广泛分布的糖类（糖链和聚糖）其结构、生物合成及生物学的一门学科

糖缀合物：单糖、寡糖或多糖与蛋白质和脂质连接形成糖缀合物

一种酶，一连键规则：由于糖基转移酶对供体和接纳体有严格的专一性要求，在特异的连键上一种酶只能添加一种形式的糖

微不均一性:

在一种特殊型细胞中的一种给定蛋白质的任何给定糖基化位点上合成的聚糖的精确结构中发现有一定范围的变化

聚糖功能的研究方法：

1 应用凝集素或抗体对特异聚糖的定域或干扰

2 利用糖基化的代谢抑制或变更

3 发现特异性受体的天然聚糖配体

4 发现识别特异聚糖的受体

5 可溶性聚糖或结构模拟物的干扰

6 应用糖苷酶去除特异的聚糖结构

7 对天然或遗传工程的聚糖突变株进行研究

8 对天然或遗传工程的聚糖受体突变株的研究

第二章：糖的结构和性质

α-D-吡喃葡萄糖 α-D-吡喃半乳糖 β-D-吡喃甘露糖

单糖的物理、化学性质

第三章：单糖代谢

转运子的分类：

易扩散转运子（GLUT ）特点：不需能量 ，Km=2-20mmol/l

能量依赖型转运子特点：需能，转运效率高 （1）离子偶联型：钠-葡萄糖转运子SGLT,Km=1mmol/l （2）ATP 依赖的磷酸化偶联型：Km 微摩尔数量级（细菌）

胞内单糖的来源：（1）胞外糖源（2）胞内糖源（补救途径）

单糖在细胞的代谢过程（以Man 为例）

细胞外的Man 被细胞膜上的甘露糖转运子转移到细胞内，在细胞质中在甘露糖激酶的作用下形成Man-6-P 。在磷酸变位酶的作用下Man-6-P 转变为Man-1-P ，Man-1-P 与GTP 反应，脱去一个焦磷酸，生成GDP-Man 。 GDP-Man 被糖核苷酸转运子转移到内质网和高尔基体中，进行糖缀合物的合成，最后为分泌到细胞膜或分泌到细胞外这是胞外糖源途径，单糖在细胞内的代谢还有另一种途径，即补救途径溶酶体中的糖缀合物被水解酶水解，产生的甘露糖被转运到细胞之内，按照胞外糖源途径参与代谢。

蜜蜂综合症：尽管甘露糖是必须的，但在蜜蜂综合症中，它却是致死的。当蜜蜂被喂食甘露糖而非蔗糖和葡萄糖时，在喂食后的最初几分钟，蜜蜂的行为表现正常，但随后它们突然衰竭、死亡。

原因：甘露糖进入细胞后，在大量己糖激酶的作用下发生磷酸化并消耗ATP 。这时Man-6-P 成为蜜蜂唯一的能量来源，它必须被转化为Fru-6-P 才能进入糖酵解。但在蜜蜂体内的磷酸甘露糖异构酶活性相当低，这就产生了瓶颈而使Man-6-P 堆积。堆积的Man-6-P 迅速被磷酸酶分解成游离的甘露糖，而甘露糖又再次发生磷酸化，这样使ATP 供给

H

减少。如此几次无用的循环耗尽ATP，导致死亡。

核苷酸转运子:在真核细胞中，能够将在胞液中合成的糖核苷酸转运到亚细胞器的腔内，并从亚细胞器中送出核苷二磷酸转化而生成的核苷一磷酸的蛋白载体

存在部位：（1）大多数存在于高尔基体，（2）部分存在于内质网

特点： a 转运不需要能量，不受离子载体的影响 b 受到核苷一磷酸和核苷二磷酸的竞争性抑制，单糖无抑制作用

第四章：N-连接糖基化

N-连接糖基化的概念：

糖蛋白的N—连接聚糖通过还原端与天冬酰胺的酰胺氮共接连接，

形成了N-连接糖蛋白

位点：Asn-X-Ser/Thr

分类：高甘露糖型、复杂型、杂合型

特点：有共同的核心五糖结构

脂连接寡糖的合成

启动N-连接聚糖合成的供体似一种Gla3Man9GlcNAc2结构，通过焦磷酸连键与脂质多萜醇结合。多萜醇一螺旋或折叠式构象插入脂双分子层中。多萜醇头部基团上的聚糖的组装分两阶段进行。第一阶段发生在内质网膜的细胞质侧面，第二阶段发生在腔内。催化两个GlcNAc残基和五个甘露糖残基结合所需的酶，直接利用了核苷酸供体尿苷二磷酸UDP-GlcNAc和GDP-Man。此时，脂连接的聚糖进行跨膜易位。增长的聚糖链暴露在内质网膜的腔内侧，新糖继续添加，作为添加最后4个甘露糖残基和3个葡萄糖残基的中间供体是连接多萜醇的糖。与多萜醇连接的这两种糖，是由多萜醇磷酸与UDP-Glc或GDP-Man反应，在内质网膜的细胞质表面上合成的。在这些反应中能量来自糖-磷酸键

N-糖基化的形成场所：内质网、高尔基体

Ⅰ-细胞病：糖蛋白缺少Man-6-P信号，形成的溶酶体酶不能向溶酶体中输送，溶酶体中水解酶缺失，引起蓄积症

糖缺陷糖蛋白综合症：N-聚糖生物合成的最初几步进行不完全或完全不能进行，结果蛋白质中的Asn-X-Thr/Ser只有很少带有糖链

糖基化工程：是利用基因工程、酶工程及其他生物学和生化技术，使得糖复合物上具有人们所需要的糖链结构的一门工程学科

第五章：O-聚糖

O-聚糖：GalNAc残基以α糖苷键对蛋白质上的丝氨酸或苏氨酸残基、进行的修饰产生了O-连接寡糖或O-聚糖

O-聚糖与N-聚糖的比较：

（1）O-聚糖的生物合成比N-聚糖的产生简单，不需要将脂连接前体转移到蛋白质上（2）O-聚糖合成的初始步骤是在多肽GalNAc转移酶的催化下，GalNAc与丝氨酸和苏氨酸残基联接（3）GalNAc 与丝氨酸和苏氨酸以α氧糖苷键相连（4）分枝较少，通常为二天线

T抗原：在生物合成的相对早期，O-聚糖能被连接上唾液酸残基而被修饰和终止，这些唾液酸的连接生成了一系列的O-聚糖结构，这些结构通常限制了近一步的合成步骤，被共同称为肿瘤相关抗原

第六章：糖鞘脂

糖鞘脂：糖与脑酰胺通过共价键连接成的分子

糖鞘脂分子的最小模块是由一个单糖与脑酰胺单位连接构成在高等动物细胞中，单糖通常是葡萄糖或半乳糖

糖鞘脂的生物合成：

糖鞘脂的从头合成途径起始于内质网-高尔基体质膜双层内叶。首先，D-赤糖-二氢鞘氨醇经酰基化和去饱和作用生成脑酰胺。然后在脑酰胺特异的葡萄糖基转移酶或脑酰胺特异的半乳糖基转移酶催化下糖基化生成葡萄糖脑酰胺或半乳糖脑酰胺。半乳糖脑酰胺合成的主要部位在内质网内。葡萄糖脑酰胺的合成位于内质网和高尔基膜泡液侧。生成的葡萄糖脑酰胺通过某种翻转机制跨膜进入内质网-高尔基体腔途径，近一步添加糖基延长糖链葡萄糖脑酰胺第一个添加的通常是连接的半乳糖残基，生成乳糖脑酰胺，然后以不同的连接方式逐个添加糖基，形成多种核心糖链结构。

糖鞘脂的生理功能：

（1）糖鞘脂在细胞膜中起组织功能（2）保护上皮细胞免受不利环境的侵害（3）为肠道共生菌群提供黏附位点（4）作为高度特异性的受体靶

高歇病：降解葡萄糖脑酰胺的葡萄糖苷酶的基因突变，使溶酶体中的葡萄糖脑酰胺不能够被降解。症状表现为肝、脾肿大和骨骼畸形

格林-巴利综合症和米勒-费希尔综合症：弯曲杆菌感染之后，在病人血循环中出现抗某些神经节苷脂的抗体。

第七章：GPI锚

GPI锚的结构：（1）糖链（2）肌醇磷酸（3）插入脂双层内的长脂肪酸链

GPI锚的功能：

（1）赋予膜蛋白较大的横向运动性（2）通过激活脂酶介导蛋白的释放及分泌

（3）靶向膜蛋白使其定位于细胞表面特定的区域（4）调节细胞内吞及蛋白质的周转

（5）参与受体介导的细胞信号转导

阵发性夜间血红蛋白尿症：是一种获得性溶血性贫血，其病因是缺少作为补体调节蛋白的衰变加速因子和补体C8的结合蛋白。这二者都是GPI蛋白，他们均可阻止补体激活所致的溶血

第八章：蛋白聚糖和糖胺聚糖

蛋白聚糖：是由1个核心蛋白与1条或多条共价连接的GAG链组成的生物大分子

糖胺聚糖：是直链多糖，由一个氨基糖（GlcNAc或GalNAc）和一个糖醛酸形成的二糖作为基本的结构单位

糖胺聚糖的分类：（1）透明质酸（2）硫酸软骨素（3）硫酸皮肤素（4）硫酸角质素

粘多糖蓄积病：属于一类溶酶体蓄积病，以GAG分解代谢缺陷和大量GAG堆积于组织细胞核排泄于尿中为特征。临床表现面容变形，多发性骨发育不良、智能发育不全、内脏损害及角膜混沌。

第九章：高尔基体内其他类型的聚糖

C-甘露糖基化：单一的甘露糖残基的C-1以α连键连接到核糖核酸酶2Trp-7吲哚环C-2原子上

糖化：单糖中的还原端的羰基和蛋白质的氨基（可以是N末端，也可以是赖氨酸侧链的氨基）在温和