第四章 糖复合物

。
两类糖蛋白
黏蛋白(mucins) 蛋白多糖 （proteoglycans) 均含有大量的O-连接聚糖，这两类蛋白 质的高度糖基化，赋予其特殊的物理性 质,和其功能密切相关
黏蛋白的特性（以人黏蛋白为例）：
1 分子量巨大
多肽链含1万个氨基酸残基，8个编码基因， 有成串的重复序列，其中含Ser及Thr。可以是膜 结合或分泌型的分子形成以二硫键连接的寡聚体。 2 高度粘稠--多种润滑功能所必需。
（二） O--连接糖蛋白
CH2OH N- OH O 1 乙 OH 酰 OH 半 NH 乳 C 糖 O 胺 CH3 CH2OH OH O 1 OH NH C O CH3
HO
CH2
NH CH C O
肽 链
丝氨酸或苏氨酸残基
O
CH2
NH CH C O
肽 链
丝氨酸或苏氨酸残基
1.
O-连接糖蛋白的合成
①
② ③ ④ ⑤
一、蛋白聚糖的结构
葡萄糖 糖胺 胺 糖胺聚糖 半乳糖 胺 葡萄糖醛 糖醛 组成 酸 酸 艾杜糖醛 核心蛋白 酸
一.糖胺聚糖
糖胺聚糖是己糖胺和己糖醛酸二糖重复单位的 聚合物。 透明质酸
硫酸软骨素
6种重要糖胺聚糖： 硫酸皮肤素
硫酸角质素
肝素 硫酸类肝素
糖胺聚糖的结构和分布特点
糖胺聚糖
透明质酸 (HA)
第三节 糖脂
糖类以糖苷键与脂类连接形成的糖复合物。 分类：鞘糖脂、甘油糖脂、胆固醇衍生的
糖脂、GPI
一、鞘糖脂的分类与结构
组成
由糖和神经酰胺构成 分类 中性鞘糖脂：含葡萄糖和半乳糖， GalNAc, GlcNAc和 岩藻糖等中性糖 酸性鞘糖脂：含唾液酸或硫酸化的单糖
GM1
α2,3 β1,4 β1-
结构
蛋白聚糖通过核心蛋白的特殊结构域， 锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。
（3) 糖胺聚糖和核心蛋白的连接
软骨可聚蛋白聚糖的结构
蛋白聚糖的功能

1. 作为细胞外基质的结构组分 2. 作为各种组织的赋型剂与充盈剂 3. 与离子结合，吸引大量的水分及电解质 4.赋予负重软骨以可压缩性（透明质酸与硫酸软骨素） 5. 赋予角膜以透明性（硫酸胶质素与硫酸皮肤素） 6.抗凝血（肝素） 7.作为细胞膜成分、参与细胞粘着、细胞识别以及受 体起作用
（三）聚糖的一级结构及空间结构
*聚糖的一级结构 指单糖的排列顺序及糖苷键的性质。 *聚糖的二级结构 涉及糖环构象、糖苷键旋转角度及 各原子间相互作用等。
第一节 糖蛋白
定义 ：糖蛋白由糖与蛋白质通过共价键
连接形成。 特点：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、细胞浆、溶酶体及细胞 外液 糖基化:蛋白质加工修饰步骤,异常可致 多种疾病
3 通过二硫键可形成分支结构，水化后形成胶状。
4 抗菌性能-黏蛋白及末端结构对细菌有特异的亲 和力。 5 膜型细胞表面黏蛋白还具有调节细胞间黏附作用。
IgA分子的O-连接糖链有6种
(三)GPI-连接（锚定）糖蛋白 定义
糖磷脂酰肌醇(GPI)与多肽链连接,此 类蛋白质称为GPI-连接糖蛋白
葡糖胺
P—CH2—CH2—NH—CO 磷酸乙醇胺 甘露糖 磷脂酰肌醇 P 细胞膜 NH2 肽链
皮肤，血管 角膜，结缔组织
C2, C6 , C2-N 肥大细胞 C2, C6 , C2-N 皮肤，成纤维细 胞，血管
硫酸类肝素（HS） GlcUA，GlcN
D-GlcUA D- GlcNAc 透明质酸
L-IdoUA （硫酸化） D-GlcN（硫酸化） 肝素
2.核心蛋白
定义
与糖胺聚糖共价结合的多肽链。
β1,3
■
β1,3
■
β1,3
● R
●
R
● R
O
Fra Baidu bibliotek
A
B
ABO血型的糖抗原结构
选择素的结构
Lewis抗原
糖识别结构域 （CRD）
Lewis 抗原结构
第二节 蛋白聚糖
(proteoglycan)
定义
由糖胺聚糖和核心蛋白通过共价键连 接所形成的糖复合物。 特点 高度O-糖基化的蛋白质糖占比例大， 占85%以上。具有多糖性质。 分布 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。 使细胞外基质具有极高的强度；具有 特殊的重复性双糖序列, 细胞表面的蛋白多 糖可与生长因子相互作用
二、什么是糖生物学 （glycobiology）
研究与蛋白质或脂类连接的糖（糖
链）的分子结构、合成及生物功能的新 兴学科
核酸和蛋白质研究成就,极大推动了糖
生物学发展。
糖复合物的结构与功能
单糖是聚糖的基本结构单位
单糖
聚糖的结构
糖是多羟醛或多羟酮，碳水化合物 单糖:是一种不能再被水解
单糖:是一种不能再被水解
1、对糖蛋白理化性质的影响 2、生物识别 3、糖链结构与功能的关系 4、恶变细胞糖链结构发生改变
三、糖蛋白在医学中的应用
1.糖蛋白在细胞间分子识别和黏附中的作用
白细胞与内皮细胞的分子识别
去除小鼠卵细胞透明带中ZP3糖蛋白的糖链，精卵结合受抑制。
许多疾病的发生与糖蛋白糖链的合成和降解， 及结构和功能的异常密切相关。 如糖蛋白糖链的降解：
① 内切糖苷酶F（天冬酰胺-N-乙酰葡糖胺糖苷酶） ② 内切糖苷酶H（β -N-乙酰葡糖胺糖苷酶） ③ 唾液酸酶 ④ α -半乳糖苷酶 ⑤ β -N-乙酰氨基己糖糖苷酶、 ⑥α -甘露糖苷酶 ⑦β -甘露糖苷酶
□
α1,3
● ▢
α1,2 α1,3
▢ ●
β1,3
α1,2
▢
α1,2
●
β1,3
●
β1,3
■
一、什么是糖复合物 (glycoconjugates)
糖以共价键与蛋白质或脂类结
合，形成糖复合物(糖蛋白、蛋白聚
糖和糖脂)
糖复合物主要有三种类型
糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖
与脂类相连；与蛋白质相连，又分为：
N-连接型：聚糖通过N原子与蛋白质或脂类连接
O-连接型：聚糖通过O原子与蛋白质或脂类连接
糖复合物功能多样
UDP-艾杜糖醛酸
GDP-L-岩藻糖
UDP-N-乙酰葡糖胺
CMP-N-乙酰神经氨酸
UDP-N-乙酰半乳糖胺 GDP-甘露糖
IgG分子铰链区聚糖的空间结构
（二）O-连接糖蛋白
定义
糖链的N-乙酰半乳糖胺与多肽链丝 氨酸或苏氨酸羟基连接，形成O-糖苷键。 连接点的结构 GalNAcα-O-Ser／Thr
细胞膜的膜蛋白是含有特定寡糖的糖
蛋白，其寡糖带有识别信号，决定着细胞
间相互作用时的行为，例如对肿瘤学、免
疫学的研究具有重大意义。
二、糖蛋白的功能
（一）糖链对糖蛋白理化性质、空 间结构和生物活性的影响 对糖蛋白新生肽链影响:参与新 生肽链折叠并维持蛋白质正确的空 间构象; 影响亚基聚合
（二）糖蛋白在分子识别和黏附中的作用
一、糖蛋白的结构
糖蛋白分子中聚糖（糖链）与蛋白质的连接形式有：
N—连接糖链 O—连接糖链 GPI（糖磷脂酰肌醇）—连接糖链 据此将糖蛋白分为： N—连接糖蛋白 O—连接糖蛋白 GPI—连接糖蛋白
一、糖蛋白的结构
N-连接 ：
GalNAc
GlcNAc
天冬酰胺
丝氨酸
连接方式 O-连接：
GPI-连接：
（一）N-连接糖蛋白
GlcNAc-UDP
二、聚糖中单糖间连接方式 ----O-糖苷键 催化糖苷键生成的酶：特异的糖基转移酶
单糖间O-糖苷键形式 1→2 1→2 1→3 1→3 1→4 1→4 1→6 1→6
α-糖苷键
β-糖苷键
糖苷键形成：需要能量，由特异的酶催化。 酶---糖基转移酶催化
2.三种生物大分子结构特点
二糖单位
GlcUA, GlcNAc
硫酸化位置
无
组织分布
关节滑液，玻璃 体，结缔组织
硫酸软骨素(CS)
硫酸皮肤素(DS) 硫酸角质素 (KS)I/II 肝素 (Hp)
GlcUA, GalNAc
IdoUA, GalNAc Gal, GlcNAc IdoUA，GlcN
C4, C6
C2, C4，C6 C6
骨，软骨，角膜
细胞内场所--粗面内质网和高尔基体。 不需糖链载体 催化糖链生成的酶—（各种）糖基转移酶 糖基供体—UDP/GDP-糖基衍生物 糖链的合成在肽链合成后进行

多数糖蛋白是膜结合蛋白，故O-连 接多肽和其他糖蛋白由m-RNA编码。O-糖 苷型寡糖链糖基由核苷酸糖提供，糖基 转移酶催化。

每一特异糖苷键合成均需相应特异糖基 转移酶的作用 催化糖链内部糖基的酶位于内质网，
定义
糖链N-乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺
氮连接，形成N-糖苷键，此种糖链为N-连接糖链。
连接点的结构
GlcNAcβ-N-Asn
糖基化位点
N-连接聚糖中Asn-X-Ser／Thr三个氨基酸残基
序列子(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸) 。
（一）N--连接糖蛋白
N-连接糖蛋白的糖基化 位点（序列子） 连接点的结构 GlcNAcβ ——Asn—X—Ser/Thr —— -N-Asn
▤→●→▢→1Cer ↑β1,4 □ ↑ β1,3 ●
α2,3 β1,4 β1-
第四章
糖复合物
教学要求
聚糖的基本结构—单糖的结构及连接方式 糖蛋白的种类、结构和主要功能 蛋白聚糖的分子组成、种类及主要功能 糖脂的结构及主要功能
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
DNA → RNA → 蛋白质 → 细胞 → 生物
1.糖蛋白在细胞-细胞分子识别和 黏附中的作用。
2.糖蛋白在细胞-细胞外基质分子
识别和黏附中的作用。
3.糖链与酶类的催化活性有关
4.微生物感染早期，致病微生物的凝集素样物 质-黏 附素（adhesin）对识别宿主细胞表面糖 结构（配体）
5.免疫球蛋白糖基化与自身免疫病
6. 糖类药物和疫苗
二、糖蛋白中寡糖链的功能

长帖醇和磷酸长帖醇的结构
长萜醇
CH3 H CH 2 C CH 2 CH3 CH 2 CH 2 CH n CH 2 CH 3 OH
异戊烯单位 磷酸长萜醇
CH3 H CH 2 C CH 2
n=15--19
CH3 CH 2 CH 2 CH n CH 2 CH 3 O P
糖链合成的糖基供体 UDP-葡萄糖 UDP-木糖 UDP-半乳糖 UDP-葡糖醛酸
生物大分子
结构单位 连接键
核酸
核苷酸
蛋白质
氨基酸 肽键 N→C 6
聚糖
单糖 糖苷键 还原端→非还原端 ＞ 1056
3’,5’ -磷酸二酯键 5’→3’ 6
游离末端 5’磷酸，3’羟基 氨基端，羧基端 非还原端，还原端 多聚体方向 寡聚体数* (n =3)
（* 由3个不同的氨基酸、核苷酸和已糖分别通过肽键、磷酸二酯键所组成的寡聚体数目）
± GlcNAc
Man
Man
Man GlcNAc GlcNAc
Man GlcNAc
GlcNAc
± Fuc
GlcNAc Asn 复杂型 五糖核心
Asn 高甘露糖型
.
3.N-连接糖链的合成
1、细胞内场所--粗面内质网和高尔基体。 2、糖链的载体--长帖醇 3、催化糖链生成的酶—（各种）糖基转 移酶 4、糖基供体—UDP/GDP-糖基衍生物 5、糖链的合成与肽链的合成同时进行
(Gal，●)
D-甘露糖
(Man，○)
D-木糖 (Xyl， )
-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
1.
2.N—连接糖链的三种亚型
核心结构
高甘露糖型
复杂型
杂合型
都有一个五糖核心结构
SA Man Man Man Gal
SA Gal Gal GlcNAc Man Man Man Man GlcNAc GlcNAc Asn 杂合型

Man Man Man GlcNAc GlcNAc Man Man Man
一、聚糖分子中单糖的种类及结构
单糖的种类 葡萄糖(Glc) 甘露糖(Man) 岩藻糖(Fuc) 木糖(Xyl) 半乳糖(Gal) N-乙酰葡糖胺(GlcNAc) N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) 唾液酸(SA)
单糖结构(*单糖的英文缩写及代表符号在括号标明)
-D-葡萄糖
（Glc，▢）
-D-半乳糖
DNA → RNA → 蛋白质 → 细胞 → 生物
DNA → RNA → 蛋白质→ 酶 ↓ 糖 ↓ 细胞 ←------ 糖复合物 ↓ ↑ 生物体 脂类
几个有关名词
聚糖— 任何游离的或与另一类分子结合 的糖或糖类组合的通称聚糖 糖复合物— 由单糖、寡糖或多糖与蛋白质或 脂类结合而成。包括糖蛋白、糖脂和 蛋白聚糖 凝集素— 糖识别蛋白，聚糖一般必需与 蛋白质受体相互作用而发挥其功能。