定氮仪糖一级结构和空间结构对了解糖的生物功能

+个不同氨基酸、核苷酸和己糖分别通过肽键、定氮仪磷酸二酯键和糖苷键所组成的寡聚体数目） 第三章 !糖复合物"!三、聚糖的一级结构及空间结构 !!聚糖的一级结构是指单糖的排列顺序及糖苷键的性质。糖苷键的性质包括单糖的连接位置， "或 #， !或 "，及吡喃糖和呋喃糖构型等。— $%&，’(&’%—， —)(*等非糖基团及蛋白质和脂质的结合位置也在聚糖的一级结构中给予描述。 !!聚糖的二级结构涉及糖环构象、糖苷键旋转角度及各原子之间的相互作用等。由于糖样品不易纯化，结构非常复杂，目前对于聚糖较高级的空间结构规律的认识尚不够清楚。

但认识糖一级结构和空间结构对了解糖的生物功能是非常重要的。 !!聚糖一级结构的测定可选择质谱（+$）、核磁共振（ )+,）和 (-#’等多种仪器分析方法。特异水解聚糖的糖苷酶（./012345637）是聚糖一级结构测定中常用的工具酶。糖苷酶包括内糖苷酶（ 7852./012349 5637）和外糖苷酶（7:2./012345637）。两种聚糖水解酶作用的位点不同，内糖苷酶将糖链从内部特异的切开，而外糖苷酶则从糖链的非还原端特异的水解糖基。图 &;是应用基质辅助激光离子解吸时间飞行 <质谱（=6>?4: 63343>75 /637? 5732?@>428 4284A6>428 >4=7 2B B/4.C>，+D#"E F%G < +$）技术，对一个 )连接聚糖经不同种外糖苷酶（唾液酸酶、 "半乳糖苷酶、 " !乙酰葡糖胺糖苷酶）逐步水解作用后的荧光标记产物进行的测序分析。图 & ;!寡糖 +D#"E F%G < +$测序分析 !!还有一些其他的生物学方法可用于聚糖的结构分析，如根据对各种 &(或;H ’标记的单糖放射性前体掺入糖链合成的放射性分析，可了解糖链结构及合成的特点。化学合成的寡糖、糖抑制剂及糖特异抗体的应用也有助于特定聚糖结构的分析。凝集素（/71>48）是一类通过分子中的糖识别结构域（ 16?I2C05?6>7 ?719 2.84A48. 52=648，’,"），专一识别和结合特定糖基及糖链结构的糖蛋白，以多种凝集素为探针的糖微阵列技术，为同时鉴定糖链的多种结构特征提供了更便捷、更有效的方法。有关糖结构分析的网站是了解聚糖结构信息的重要来源。总之，随着各种糖分析技术的提高及糖相关研究的深入，对聚糖结构的认识会更加明确。第二节 !糖蛋白的结构与功能 !!糖蛋白由糖与蛋白质通过共价键连接形成。糖蛋白分子中糖的含量变化很大（;J KLMJ）。糖蛋白分布广泛，许多膜蛋白、分泌蛋白及细胞外基质（ 7:>?617//N/6? =6>?4:，O’+）中的一些结构蛋白等都是糖蛋白。糖蛋白以多种方式，如酶、载体、激素、抗体、受体和血型抗原等发挥生物学功能。糖蛋白的糖链对整个分子的性质、结构和功能起重要作用。聚糖不仅作为一种结构分子，而且作为一种信息分子，参与细胞 "!第一篇 +生物分子的结构与功能间、细胞与细胞外基质间的分子识别和黏附。糖基化（ !"#$%&#"’()%*）是蛋白质重要的加工和修饰步骤，糖基化的异常可导致多种疾病的发生，如肿瘤、感染和自身免疫病等。一、糖蛋白的分类与结构 ++根据糖与蛋白质连接的结构性质，糖蛋白分为三类： ,连接糖蛋白、 -连接糖蛋白和 ./0连接（锚定）糖蛋白，它们的结构和特点

如下： ++（一） ,连接糖蛋白 ++糖链的 !乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺氮连接，形成 ,糖苷键，此种糖链为 ,连接糖链，也称 ,连接聚糖。连接点的结构为： ."$,1$! , 1&*（图 2 3+ 4）。多肽链中的天冬酰胺残基并不都是糖链的结合部位，处于 1&* 5 678 9:;8序列子（其中 5是除脯氨酸外的任一氨基酸）中的 1&*才具有结合能力，序列子也被称为糖基化位点，可通过蛋白质的序列分析预测。图 2 3+糖链与多肽链连接点的结构 ++,连接糖链是糖蛋白糖链最主要的类型，已经发现有上百种。 ,连接糖链又可分为三种亚型：高甘露糖型（;)!; <’**%&7 (#=7）、复杂型（$% (#=7）和杂合型（;#?8)@ (#=7）。它们都有一个共同的五糖核心结构（A’*2 ."$,1$3），但与核心结构相连的外侧链结构不同（图 22）。高甘露糖型糖链的外侧链为 3 BC个甘露糖。大多数复杂型的外侧链可出现 3 BD个糖链分支，分支末端常连有唾液酸。根据其形状、变调性及可作为识别标志等特点，称之为糖链的天线结构。例如，人血清转铁蛋白含有二天线和三天线糖链结构，是反映体内蛋白质糖基化整体水平的一个测定指标。杂合型的糖链则兼有以上二者的结构，多见 第三章 "糖复合物"!图 ! !" #连接糖链结构于膜蛋白和分泌蛋白。 ""免疫球蛋白 $%&在两条重链 ’(段 )*+的 ,-.+/0位点上各结合一条 #连接糖链。糖链可有 !1余种不同的结构变化，对维持 $%&分子的空间构象起重要作用（图 !2）。""（二） 3连接糖蛋白 ""糖链的 !乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸或苏氨酸的羟基连接，形成 3糖苷键，糖链即为 3连接糖链，也称 3连接聚糖。连接点的结构为： &45#,( ! 3 678 9 :;8（图 !++）。此种 3连接类型较为常见，最初在颌下腺、消化道及呼吸道等的黏液中发现，因而又称黏蛋白型糖蛋白连接。胶原蛋白中存在 &45 " 3 <=-糖链连接方>8? 678 :;8（++@） >8? >8? :;8（++A） >8? 678（+!1） >8? 678（+!+） :;8 >8? >8? :;8（+!B） >8? 678 >8? 678。$%,分子的 3连接糖链已经发现有 B种（图 !@）。 ""黏蛋白（CD(E.-）是一类结合有成簇状存在的 3连接糖链的糖蛋白家族，含糖量超过 @1F，多肽链中富含丝氨酸和苏氨酸的串联重复序列。黏蛋白有分泌型和膜结合型两种。其中，分泌型的主要见于黏液中，由于分子中所结合的唾液酸和硫酸基带较多的负电荷，及 3连接点附近的糖链与多肽链的相互作用，使得分泌型的黏蛋白的结构非常伸展，也带来黏液的高黏滞度。因此，分泌型的黏蛋白可作为上皮表面的一种天然保护性屏障。膜结合型的黏蛋白参与了一些细胞间的识别和黏附作用。 ""糖蛋白一般可结合 G H!1条糖链，每条糖链含 + H!1个糖基，如人促红细胞生成素（ 78=I;8?J?

E7IE.， 图 ! 2" $%&分子铰链区糖链的空间结构 "!第一篇 #生物分子的结构与功能图 ! "# $%&分子 ’连接糖链结构 ()*）有三个结合于 &+,-.，!/和 /!位点的 0连接糖链和一个与 1234-5连接的 ’连接糖链。蛋白质常有多个潜在的糖基化位点，如 $%&的 "个糖基化位点中， 673（--"）和 673（-!5）仅为潜在的糖基化位点。对于同一个糖基化位点，是否连接糖链，及所结合糖链的长短等与组织类型及表达阶段有关。蛋白质肽链相同，但所结合的糖链不同的一组糖蛋白为糖型（%89:*;*3<+）。>$连接（锚定）糖蛋白 ##糖磷脂酰肌醇（ %89:*)7*+)7?@AB98A,*+A@*8，=>$）与多肽链连接，此类蛋白质称为 =>$连接糖蛋白或 =>$锚定糖蛋白。 =>$的结构为：磷酸乙醇胺甘露糖甘露糖甘露糖葡糖胺磷脂酰肌醇（图 !!）。=>$一端通过磷酸乙醇胺的氨基与肽链的 C末端的羧基以酰胺键连接，另一端则将磷脂酰肌醇的脂酸链插入质膜。已经发现约 "D余种 =>$连接糖蛋白，如脂蛋白脂肪酶、乙酰胆碱酯酶和 "E核苷酸酶等。这种被连接于细胞膜外层的蛋白质比其他类型的膜内在蛋白具有更大的活动度，并可在磷脂酰肌醇特异的磷脂酶作用下从膜上被释放出来。二、糖蛋白的功能 ##糖蛋白的生物功能十分广泛，包括组织构成、底物催化、分子转运、润滑保护及分子识别和黏附等，其中许多重要功能的发挥与其糖链的作用密切相关。糖链对糖蛋白的理化性质、空间结构和生物活性等产生较大的影响；糖链的序列及构象中蕴藏着结构信息，通过糖糖及糖蛋白分子之间直接或间接的相互作用，参与了细胞间、细胞与细胞外基质间的分子识别和黏附，是糖蛋白极为重要的功能，以下将着重介绍糖链及糖蛋白结构和功能的关系，这对探讨糖相关性疾病的发病机制及将糖应用于生物医学具有重要意义。 ##（一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和生物活性的影

响 ##蛋白质结合糖链后，其分子大小、电荷、溶解度及稳定性等会发生改变，如含多唾液酸糖链的糖蛋白的电负性增加， $%&分子去掉部分糖链后则出现分子聚集现象，并易受蛋白酶的降解。糖链还参与了糖蛋白新生肽链的折叠、亚基聚合及分拣和投送等过程。如运铁蛋白受体上 &+,-"4糖基化位点经基因突变去除后，不能形成正常的二聚体，影响其转运功能。溶酶体内酶类的定位，需要在高尔基体内将酶的 0连接糖链末端的甘露糖转变成 5磷酸甘露糖，并与溶酶体膜上的 5磷酸甘露糖特异受体结合。含非磷酸化甘露糖糖链的溶酶体酶不能进入溶酶体，引起溶酶体酶缺乏性代谢病。一些酶类的活性依赖于其糖链的存在， FG= C*&（羟甲戊二酰辅酶 &）还原酶去糖链后活性降低 HDI以上。 J1F（促卵泡素）、KF（促黄体素）和 61F（促甲状腺素）等多种糖蛋白类激素的糖链直接影响激素与相应受体的亲和力和作用效应。 ##（二）糖蛋白在分子识别和黏附中的作用 # #4L糖蛋白在细胞间分子识别和黏附中的作用 ##受精是卵细胞与精子识别并融合的过程。小鼠卵细胞透明带中含 M>4、M>-、M>!三种糖蛋白。 M>!是与精子结合并引发顶体反应的主要糖蛋白。 M>!含有 ’连接聚糖，用化学方法去除 ’连接聚糖可抑 第三章 (糖复合物"!制精卵结合，而用内切糖苷酶 !切去 "连接聚糖却没有影响；加入 #$%半乳糖也可以阻断精卵结合。((炎症浸润是循环中的白细胞被招募到炎症部位的血管内皮细胞上，滚动（ )*++,-.）、黏附和透出血管的过程，与内皮细胞表面的选凝素（ /0+012,-）和白细胞上的特异糖配体的识别和结合有关（图 &’）。选凝素是含糖识别结构域（ 34$）的凝集素样糖蛋白，包括 5、 6和 %选凝素三种，主要分布于白细胞（ 5选凝素）、内皮细胞（ 6选凝素）和血小板（ %选凝素）。与选凝素特异结合的糖配体是唾液酸化的 507,/抗原（8509，850:）。血管内皮细胞的 6选凝素在炎症时表达增加，它通过 34$与白细胞的 8509、850:等结合引起初始阶段较弱的黏附，后期有多种其他分子参与两种细胞间较强的黏附。淋巴细胞归巢（;*<,-.）是淋巴细胞从循环中再回流到淋巴组织的过程，所涉及>糖蛋白在细胞与细胞外基质间分子识别和黏附中的作用 ((细胞外基质中和细胞表面含有多种细胞黏附分子（10++ :?;0/,*-<*+01@+0/，3AB/），它们几乎都是糖蛋白。 63B是细胞黏着并进行细胞内外代谢交换和信息传递的外环境，主要由糖蛋白（胶原蛋白、弹性蛋白、纤连蛋白、层连蛋白）、蛋白聚糖和透明质酸等构成，纤连蛋白（ C,D)*-012,-，!-）和层连蛋白（ +:<,-,-， 5-）是 63B中的黏附分子。细胞表面的黏附分子为跨膜受体，包括整合蛋白（ ,-20.),-）、钙黏蛋白和免疫球蛋白超家族等。以下仅简要介绍 !-和 5-及整合蛋白的分子结构和功能。 ((（E）纤连蛋白 (纤连蛋白是 63B的主要糖蛋白成分，由成纤维细胞分泌。 !-的相对分子质量为 ==F FFF G =HF FFF，由两个相似的亚基组成二聚体，以羧基末端的两个二硫键连成 “I”形结构。每个亚基上特定的重复区折叠构成 J个球状的结构域，可分别与 63B中的多种成分和细胞结合（图 &J），结构域之间的肽段对蛋白酶敏感。 !-含 4K$（ A). K+L