糖蛋白与蛋白聚糖

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)
[α1(Ⅳ)]2[α2(Ⅳ)]及 其它形式 [α1(Ⅴ)]3 [α1(Ⅴ)]2[α2(Ⅴ)] [α1(Ⅴ)][α2(Ⅴ)][α3( Ⅴ)]
（二）胶原蛋白C端非螺旋结构域
式结合于蛋白质的Ser/Thr残基上;
主要存在于细胞质或细胞核中
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
• 硫酸角质素(keratan sulfate)
• 透明质酸(hyaluronic acid) • 肝素(heparin)和硫酸类肝素(heparan sulfate)
二、核心蛋白

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
似。
5型胶原蛋白的结构及组织分布
类型 I 肽链类型 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 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
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)
1. 构成细胞外基质——最主要功能 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、增殖和分化等有关。 2. 其它功能 抗凝血(肝素) 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)等

聚糖的信息分子作用

聚糖结构的多样性和复杂性 特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要 信息。 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)。
蛋白聚糖的结构
核心蛋白 葡萄糖胺 糖胺 糖胺聚糖 糖醛酸 艾杜糖醛酸 半乳糖胺 葡萄糖醛酸
一、糖胺聚糖
糖胺聚糖（glycosaminoglycan, GAG）是 由己糖胺和己糖醛酸构成的重复二糖单位。

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)
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)。

N-连接糖蛋白的聚糖类型 ①高甘露糖型 ②复杂型 ③杂合型
都有一个五糖核心
Man Man GlcNAc GlcNAc
Asn
Man

N-连接聚糖的合成——共翻译过程 细胞定位：内质网和高尔基体
骨骺软骨蛋白聚糖聚合物
三、蛋白聚糖的合成
在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时即
以O-连接或N-连接的方式进行聚糖加加上去的，
单糖要由UDP活化；糖醛酸由UDPGA提 供；硫酸由PAPS提供；糖胺氨基来自于 Gln。
四、蛋白聚糖的功能
I型胶原
纤维束
胶原微纤维
Ⅰ型胶原蛋白聚合形成带横纹的 微纤维、胶原纤维和纤维束
原胶原分子的共价交联—醛醇交联反应
HN HC O C (CH2)2 CH2 CH2 NH3+
+H 3N
NH CH
2
CH2
(CH2)
2
CH C O
赖氨酸 赖氨酰氧化酶
HN O
(CH2)2 CH2 C H H
赖氨酸
O2
蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连，
称为O-连接糖蛋白。

O-连接聚糖结构
由N-乙酰半乳糖胺和半乳糖构成核心
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。

O-连接聚糖合成 特点：先合成多肽链，再加工糖链 不需载体
过程： 在GalNAc转移酶催化下，将UDP① GalNAc中的GalNAc转移至多肽链的 丝/苏氨酸的羟基上，形成O-连接；
特含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨
酸，甚少酪氨酸。 多显示为重复的Gly-Pro-X氨基酸序列。
胶 原 纤 维 的 组 装
3×α-肽链 原胶原（tropocollagen） 原胶原首尾相随 成直线
各直线聚体相互交错平行聚集， 彼此形成醛醇共价交联
胶原微纤维(collagen fibril) 胶原纤维 (collagen fiber)
生理功能 作用广泛，许多粘蛋白、血浆 蛋白、膜蛋白等结构蛋白均为 糖蛋白
一般为O-连接， 有时可游离存在
主要在细胞外，各 种结缔组织基质中 以维持结缔组织的 功能为主
第三节 细胞外基质
Extracellular Matrix, ECM

细胞外基质(extracellular 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。 分布在各组织细胞和细胞间的胞间隙或 胞间膜。
ECM的主要成分：
① 结构蛋白，如：胶原 (collagen) ② 专一蛋白，如：纤连蛋白 (fibronectin, Fn)、 层粘蛋白 (laminin, Ln) ③ 蛋白聚糖

糖生物学（glycobiology）
研究糖的分子结构、合成及生物功能的 新兴学科。

糖组和糖组学（Glycome and Glycomics）
糖组：为单一细胞或生物体中的整套聚糖 糖组学：研究包括聚糖种类、结构鉴定、糖基化 位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能等的科学
第一节
糖 蛋 白
Glycoprotein

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 ， 推测其会产生内皮抑素，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的 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
和迁移等作用。
内源性血管生成抑制剂种类和来源
② 在相应的糖基转移酶作用下，GalNAc 上逐个加上糖基，直至O-连接寡糖链 形成
（四）蛋白质β-N-乙酰氨基葡萄糖基化
β-N-乙酰氨基葡萄糖(β-N-acetylglucosamine， OGlcNAc)糖基化修饰，主要发生于膜蛋白和分泌蛋
白;
通过O-GlcNAc糖基转移酶(O-GlcNAc transferase, OGT)作用，将β-N-乙酰氨基葡萄糖以共价键方
化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。
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，延长其半衰期； 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。
（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；
O
NH C CH2 (CH2)
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)
（三）胶原的氨基酸组成和空间构象特点
由3条肽链以α右手螺旋形成绳索样结构，
称为原胶原（tropocollagen）
富含甘氨酸（占1/3）和脯氨酸（占1/4），
载体：长萜醇
过程：① 合成含14糖基的寡糖链 ② 转移至肽链的糖基化位点上 ③ 进一步在内质网和高尔基体进行加工 酶：糖基转移酶或糖苷酶催化 注意：糖基必须活化为UDP或GDP的衍生物
长萜醇-P-P聚糖的合成
3型N-聚糖的加工过程
复杂型
（三）O-连接糖蛋白

定义
糖蛋白聚糖中的N-乙酰半乳糖胺与
-D-葡萄糖
（Glc）
-D-半乳糖
（Gal）
D-甘露糖 （Man）
单糖 结构
-D-N-乙酰葡糖胺
（GlcNAc）
-D-葡糖醛酸
（GlcUA）
-L-艾杜糖醛酸
( IdoUA）
-D-葡糖胺
（GlcN）
-D-N-乙酰半乳糖胺
（GalNAc）
-L-岩藻糖
（Fuc）
唾液酸 （SA）
-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸

糖蛋白与蛋白聚糖的区别
糖蛋白
糖链含量 一般少于蛋白质，少数可较多 糖链组成 不含糖醛酸，含N-乙酰氨基己 糖、甘露糖、半乳糖，末端为 唾液酸及岩藻糖 糖基排列 大多为分支寡糖链
蛋白聚糖
较蛋白质部分多 主要为糖醛酸、 N-乙酰氨基己糖 二糖分子连成长链
与肽链 O-连接或N-连接 连接方式 分布 分布广泛，细胞内外皆有
细胞外基质的大分子中。
根据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. 小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖
3. 跨膜胞内蛋白聚糖
黏结蛋白聚糖（syndecan-1）为细胞膜表面 主要蛋白聚糖成分
细胞表面的黏结蛋白聚糖

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
糖蛋白
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， 表现为蛋白质的特性 分布：细胞膜、溶酶体、细胞外液
一、糖蛋白糖链的结构
（一）糖蛋白聚糖分为N-连接型和O-连接型两种

聚糖中单糖的种类： •葡萄糖(Glc) •半乳糖(Gal) •甘露糖(Man) •岩藻糖(Fuc) •N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc) •N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) •N-乙酰神经氨酸(NeuAc)
一、胶

原
胶原(collagen)是结缔组织的主要蛋白质成分。 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。

（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

聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到
分子识别作用的基础； 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。
第二节
蛋白聚糖
Proteoglycan

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

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、粘液、眼玻璃体等组织。
第十九章
糖蛋白、蛋白聚糖 和细胞外基质
Glycoprotein, Proteoglycan and Extracellular Matrix
南方医科大学基因工程研究所 生物化学与分子生物学教研室 朱利娜
单糖 寡糖
糖类
多糖 糖复合物 (glycoconjugates) 糖蛋白(glycoprotein) 蛋白聚糖(proteoglycan) 糖脂(glycolipids)
（GlcNAc-UDP）

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：
（二）N-连接糖蛋白

定义： 糖蛋白聚糖中的N-乙酰葡糖胺与蛋白 部分的Asn-X-Ser序列的天冬酰胺氮以共价
键连接称N-连接糖蛋白。

N-连接糖蛋白的糖基化位点 N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个

糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切
相关 。
（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。
（五）糖蛋白聚糖具有分子间的识别作用