蛋白聚糖

糖蛋白、蛋白聚糖
Glycoprotein, Proteoglycan and Extracellular Matrix
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单糖
糖类
多糖
糖蛋白(glycoprotein) 糖蛋白 蛋白聚糖(proteoglycan) 蛋白聚糖 糖脂(glycolipids) 糖脂
糖复合物 (glycoconjugates)
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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， 胶原经超速离心后可分得3个组分，即α、 其中β 组分分别是α β、γ，其中β和γ组分分别是α组分的二聚体和 三聚体。 组分又分为α 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。 氨基酸组成上有所不同，但肽链长度近似。
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N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基 -连接糖蛋白中 三个氨基 酸残基的序列子称为糖基化位点。 酸残基的序列子称为糖基化位点。 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)。 。 糖型
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（三）N-连接聚糖可分为3型 -连接聚糖可分为3
①高甘露糖型 ②复杂性 ③杂合型 都有一个五糖核心
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按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类： 按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类： 1. 大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖 2. 小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖 3. 跨膜胞内蛋白聚糖
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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 糖蛋白亚基 核心蛋白
骨骺软骨蛋白聚糖聚合物
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蛋白聚糖的结构 核心蛋白 组成 糖胺聚糖 糖醛酸 葡萄糖胺 糖胺 半乳糖胺 葡萄糖醛酸 艾杜糖醛酸
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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（ 糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）曾称为 ） 粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。 粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。 体内重要的糖胺聚糖（6种）： 体内重要的糖胺聚糖（ 种 • 硫酸软骨素类 硫酸软骨素类(chordroitin sulfates) • 硫酸皮肤素 硫酸皮肤素(dermatan sulfate) • 硫酸角质素 硫酸角质素(keratan sulfate) • 透明质酸 透明质酸(hyaluronic acid) • 肝素 肝素(heparin)和硫酸类肝素 和硫酸类肝素(heparan sulfate) 和硫酸类肝素
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一、糖蛋白糖链的结构
连接和O-连接型两种 （一）糖蛋白聚糖分为N-连接和 连接型两种 糖蛋白聚糖分为 连接和
聚糖中单糖的种类： 聚糖中单糖的种类： 单糖的种类 葡萄糖(Glu) 葡萄糖 半乳糖(Gal) 半乳糖 甘露糖(Man) 甘露糖 N-乙酰半乳糖胺 乙酰半乳糖胺(GalNAc) 乙酰半乳糖胺 岩藻糖(Fuc) 岩藻糖 N-乙酰葡萄糖胺 乙酰葡萄糖胺(GlcNAc) 乙酰葡萄糖胺 N-乙酰神经氨酸 乙酰神经氨酸(NeuAc) 乙酰神经氨酸
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第三节 细胞外基质
Extracellular Matrix, ECM
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细胞外基质(extracellular matrixc，ECM) 细胞外基质 ， 细胞外由纤维状胶原、透明质酸、 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。 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。 胞间膜。
参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确 的空间构象； 的空间构象； 糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切 相关 。
Байду номын сангаас
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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， 具有功能的糖蛋白的二聚体，往往依靠 蛋白或糖糖-蛋白或糖-糖相互作用维系亚基的聚合和 构象。 构象。
（四）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送 聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、 和分泌中的作用
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ECM的主要成分： 的主要成分： 的主要成分 • 结构蛋白，如：胶原 (collagen) 结构蛋白， • 专一蛋白，如：纤连蛋白 (fibronectin, Fn)、 专一蛋白， 、 层粘蛋白 (laminin, Ln) • 蛋白聚糖
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一、胶原
胶原(collagen)是结缔组织的主要蛋白质成分。 是结缔组织的主要蛋白质成分。 胶原 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， 主要由结缔组织成纤维细胞所分泌，某些上皮 细胞也能分泌的某些类型的胶原蛋白。 细胞也能分泌的某些类型的胶原蛋白。 分布于骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、 分布于骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌 软骨、角膜等。 肉、软骨、角膜等。 起支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。 起支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。
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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、 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 以特殊方式连接，构成基质的特殊结构。 细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。 细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。 2. 其它功能 抗凝血（肝素） 抗凝血（肝素） 参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素） 参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素） 维持软骨机械性能（硫酸软骨素） 维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等
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O-GlcNAc糖基化蛋白质的解离需要特异性 糖基化蛋白质的解离需要特异性 乙酰氨基葡萄糖酶(O-GlcNAcase)作 的 β-N-乙酰氨基葡萄糖酶 乙酰氨基葡萄糖酶 作 用 ， O-GlcNAc糖基化与去糖基化是个动态 糖基化与去糖基化是个动态 可逆的过程。 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 磷酸化位点处或其邻近部位。 磷酸化位点处或其邻近部位 化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。 化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。
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长萜醇-P-P聚糖的合成 聚糖的合成 长萜醇
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3型N-聚糖的加工过程 型 聚糖的加工过程
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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/ 糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的 羟基相连，称为 -连接糖蛋白。 羟基相连，称为O-连接糖蛋白。 O-连接寡糖结构 O-连接寡糖有N-乙酰半乳糖与半乳糖构 连接寡糖有N 成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支， 成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再 接上岩藻糖、 乙酰葡萄糖胺等单糖。 接上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。
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（七）糖组学
糖组(Glycome)是指一种细胞或一个生 糖组 是指一种细胞或一个生 物体中全部聚糖种类。 物体中全部聚糖种类。 糖组学则包括聚糖种类、结构鉴定、 糖组学则包括聚糖种类、结构鉴定、糖 则包括聚糖种类 基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能 基化位点分析、 等研究。 等研究。
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二、糖蛋白分子中聚糖的功能
（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， 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， 蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白 的作用； 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。 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
Man Man Man GlcNAc GlcNAc
Asn
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（四）N-连接寡糖的合成是以长萜醇作为 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 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糖基的寡糖链 糖基的寡糖链， 载体 ， 先合成含 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 链的糖基化位点上， 进行加工而成。 进行加工而成。 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UDP的衍生物。 的衍生物。 催化完成，糖基必须活化为 或 的衍生物
有些蛋白质的投送信号存在于肽链内， 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。 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 聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到分 聚糖起到 子识别作用的基础。 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。 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表面糖复合物的聚糖还能介导细胞-细胞 的结合。 的结合。
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二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖 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 核心蛋白（ ） 链共价结合的蛋白质。 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。 胞表面或细胞外基质的大分子中。
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三、核心蛋白逐一加上糖基而形成 蛋白聚糖
在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高 在内质网上合成核心蛋白多肽链， 尔基体内进行糖链延长或加工。 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， 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 提供；单糖要由 活化； 酸由 提供 活化 提供； 由PAPS提供；糖胺氨基来自于 提供 糖胺氨基来自于Gln。 。
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第一节 糖蛋白
Glycoprotein
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糖蛋白
一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。 一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。 蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为 蛋白质含量较多，糖所占比例变动大， 蛋白质的特性。 蛋白质的特性。 分布细胞膜、溶酶体、 分布细胞膜、溶酶体、细胞外液 细胞膜
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第二节 蛋白聚糖
Proteoglycan
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蛋白聚糖是 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化合物。 大分子糖复合物化合物 心蛋白形成的大分子糖复合物化合物。 糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。 糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、 粘液、眼玻璃体等组织。 粘液、眼玻璃体等组织。
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O-连接寡糖合成 O-连接寡糖在 乙酰半乳糖基转移酶的 连接寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的 连接寡糖在 作用下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接 作用下，在多肽链的丝/ 上 N-乙酰半乳基 ， 然后逐个加上糖基直至 - 乙酰半乳基，然后逐个加上糖基直至O连接寡糖链的形成。 连接寡糖链的形成。
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糖蛋白糖链的N-连接型和 连接型 糖蛋白糖链的 连接型和O-连接型 连接型和
N-连接： 连接： 连接 连接 方式 O-连接： 连接： 连接
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（二）N-连接糖蛋白的糖基化位点为 连接糖蛋白的糖基化位点为Asn-X的糖基化位点为 Ser/Thr
定义： 定义： 糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X糖蛋白的糖链与蛋白部分的 Ser序列的天氡酰胺氮以共价键连接称 序列的天氡酰胺氮以共价键连接称N序列的天氡酰胺氮以共价键连接称 连接糖蛋白。 连接糖蛋白。
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聚糖作为信息分子作用 特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信 诸如糖蛋白的胞内定向转运、 息 ， 诸如糖蛋白的胞内定向转运 、 细胞与细 胞的相互作用、 胞的相互作用 、 组织与器官发育以及细胞外 信号转导等。 信号转导等。 每一聚糖都有一个独特的能被蛋白质阅读， 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 并与蛋白质相结合的三维空间构象 ， 码(sugar code)。 。
（六）蛋白质β-N-乙酰氨基葡萄糖基化是可 蛋白质 乙酰氨基葡萄糖基化是可 逆的单糖基修饰
β-N-乙酰氨基葡萄糖 -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 糖基化修饰， 糖基化修饰 分泌蛋白。 分泌蛋白。 O-GlcNAc糖基化修饰是通过 糖基化修饰是通过O-GlcNAc糖基转 糖基转 糖基化修饰是通过 移酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作用，将β作用， 移酶 作用 N-乙酰氨基葡萄糖以共价键方式结合于蛋白质 残基上。 的Ser/Thr残基上。 残基上