医科大学精品课件：第4章 糖与复合糖 7年制.ppt

1、第第 四四 章章 糖与复合糖 Carbohydrates and complex carbohydrates 概概 述述 糖糖（carbohydrates）：）：碳水化合物碳水化合物 多羟醛、多羟酮类及其衍生物或多聚物。多羟醛、多羟酮类及其衍生物或多聚物。 单纯糖：单纯糖： 单糖单糖（monosaccharide） 二糖二糖（disaccharide） 多糖多糖（polysaccharide） 复合糖复合糖 （Complex carbohydrstes）： 糖蛋白糖蛋白（glycoprotein） 蛋白聚糖蛋白聚糖（proteoglycan） 糖脂糖脂（glycolipid） 糖的化学糖的化学

2、 糖组学糖组学 糖组学：糖组学： 包括聚糖种类、结构鉴定、糖基化位点分析、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研究。蛋白质糖基化的机制和功能等研究。 糖组（糖组（GlycomeGlycome）：）： 是指一种细胞或一个生物体中全部聚糖种类。是指一种细胞或一个生物体中全部聚糖种类。 复合糖：复合糖：(结合糖结合糖、糖复合体糖复合体） 含有其它成分的多糖：蛋白质含有其它成分的多糖：蛋白质、脂脂、有机小分子有机小分子 聚糖：复合糖中的糖成分聚糖：复合糖中的糖成分。 糖蛋白：糖蛋白： 蛋白质重量百分比大于聚糖；蛋白质重量百分比大于聚糖； 蛋白聚糖：蛋白聚糖： 聚糖占重量

3、一半以上聚糖占重量一半以上，可高达可高达95%，分子量大分子量大。 糖蛋白和蛋白聚糖都由共价连接蛋白质和聚糖糖蛋白和蛋白聚糖都由共价连接蛋白质和聚糖。 糖脂：聚糖和脂类组成糖脂：聚糖和脂类组成。 第二节第二节 复合糖复合糖 （Complex carbohydrstes） 特点：特点：蛋白质含量多；含糖量变动大；蛋白质含量多；含糖量变动大； 聚糖结构差异显著。聚糖结构差异显著。 一一、糖蛋白糖蛋白 糖蛋白聚糖中单糖种类：糖蛋白聚糖中单糖种类：7种种 葡萄糖葡萄糖(Glc)、半乳糖、半乳糖(Gal) 甘露糖甘露糖(Man)、岩藻糖、岩藻糖(Fuc) N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc) N

4、-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺(GlcNAc) N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuNAc,SA) 糖蛋白连接方式：糖蛋白连接方式：N-连接聚糖（连接聚糖（ N-连接糖蛋白）连接糖蛋白） O-连接聚糖（连接聚糖（ N-连接糖蛋白）连接糖蛋白） 连连 接接 方方 式式 N-聚糖聚糖： O-聚糖聚糖： O N 与蛋白质天冬酰胺的酰胺与蛋白质天冬酰胺的酰胺N相连的糖链。相连的糖链。 与蛋白质丝苏氨酸的羟基与蛋白质丝苏氨酸的羟基O相连的糖链。相连的糖链。 糖蛋白单糖基修饰：糖蛋白单糖基修饰： -N-乙酰氨基葡糖基化修饰乙酰氨基葡糖基化修饰 糖形（糖形（glycoformglycoform）：）： 糖蛋白中聚糖

5、的结构，包括糖链结合位置、糖蛋白中聚糖的结构，包括糖链结合位置、 糖基数、糖基序列。糖基数、糖基序列。 特点：特点： 1.1.不同种属、组织的同一种糖蛋白糖形可以不同种属、组织的同一种糖蛋白糖形可以 不同。不同。 2.2.同一组织的同一种糖蛋白，不同分子间糖同一组织的同一种糖蛋白，不同分子间糖 蛋白的糖形可以不同。蛋白的糖形可以不同。 （一）（一）N-连接糖蛋白连接糖蛋白 糖基化位点：糖基化位点： N- -连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸残三个氨基酸残 基组成的序列段称为糖基化位点基组成的序列段称为糖基化位点。 聚糖的聚糖的N-乙酰葡糖胺与多乙酰葡糖胺与多 肽链中肽

6、链中Asn-X-Ser序列的天序列的天 冬酰胺残基的酰胺氮以共价冬酰胺残基的酰胺氮以共价 键连接称键连接称N- -连接糖蛋白连接糖蛋白。 1. 糖基化位点糖基化位点 2. N-连接聚糖结构连接聚糖结构 高甘露糖型高甘露糖型 复杂型复杂型 杂合型杂合型 都有一个都有一个五糖核心五糖核心 Man Man Man GlcNAc GlcNAc Asn 高甘露糖型高甘露糖型 复杂型复杂型 杂合型杂合型 3. N-连接聚糖的合成连接聚糖的合成 以长萜醇作为聚糖载体以长萜醇作为聚糖载体 1. 在内质网长萜醇上，合成含在内质网长萜醇上，合成含14个糖基的聚糖链个糖基的聚糖链 2. 聚糖链转移至肽链的糖基化位点

7、上聚糖链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进一步在内质网和高尔基体进行加工 加工由特异的糖基转移酶催化。加工由特异的糖基转移酶催化。 糖基必须活化为糖基必须活化为UDP或或UDP的衍生物。的衍生物。 长萜醇长萜醇-P-P聚糖的合成聚糖的合成 长萜醇长萜醇 长萜醇长萜醇-P-P聚糖的合成及聚糖的合成及3型型N-糖链加工过程糖链加工过程 目目 录录 Glc Glc Glc （二）（二）O- -连接连接糖蛋白糖蛋白 聚糖中的聚糖中的N-乙酰半乳乙酰半乳 糖胺糖胺与多肽链的与多肽链的丝丝/苏氨苏氨 酸酸残基的羟基以共价键相残基的羟基以共价键相 连形成连形成O-连接糖蛋白连

8、接糖蛋白。 1. O-连接糖蛋白的糖基化位点：连接糖蛋白的糖基化位点： Ser/Thu比较集中比较集中，常有常有Pro存在存在 2. O- -连接聚糖结构：连接聚糖结构： N- -乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖， 核心二糖重复延长及分支核心二糖重复延长及分支， 再接上岩藻糖再接上岩藻糖、N- -乙酰葡萄糖胺等单糖乙酰葡萄糖胺等单糖。 3. 3. O-连接聚糖的合成：连接聚糖的合成： O-连接聚糖合成是在多肽链合成后进行的连接聚糖合成是在多肽链合成后进行的，与与 N-连接聚糖合成不同连接聚糖合成不同，不需聚糖载体不需聚糖载体。 在在GalNAc转移酶作用下转移酶

9、作用下，将将UDP-GalNAc中的中的 GalNAc基转移至多肽链的丝氨酸基转移至多肽链的丝氨酸(或苏氨酸或苏氨酸)的羟基的羟基 上上，形成形成O-连接连接。 （三）蛋白质单糖基修饰（三）蛋白质单糖基修饰 -N-乙酰氨基葡糖基化修饰乙酰氨基葡糖基化修饰 1.膜蛋白和分泌蛋白发生的糖基化。膜蛋白和分泌蛋白发生的糖基化。 2.不在内质网和高尔基体，在细胞质和核内进行。不在内质网和高尔基体，在细胞质和核内进行。 3.糖基化修饰过程：糖基化修饰过程：O-GlcNAc在在O-GlcNAc糖基转糖基转 移酶（移酶（OGT）作用下，将）作用下，将-N-乙酰氨基葡糖以共价键乙酰氨基葡糖以共价键 方式结合于蛋

10、白质的方式结合于蛋白质的Ser/Thr残基残基-OH上。上。 （-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc） 由一种或多种糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成由一种或多种糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成 的一类非常复杂的复合糖。的一类非常复杂的复合糖。 二、蛋白聚糖二、蛋白聚糖（proteoglycan）：）： 蛋白聚糖的结构：蛋白聚糖的结构： 核心蛋白核心蛋白 葡萄糖胺葡萄糖胺 组成组成 糖胺聚糖糖胺聚糖 糖胺糖胺 糖醛酸糖醛酸 半乳糖胺半乳糖胺 葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸 艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸 硫酸软骨素硫酸软骨素 硫酸皮肤素硫酸皮肤素 硫酸角质素硫酸角质素 透明质酸透明质酸 肝素肝

11、素 硫酸类肝素硫酸类肝素 体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6种）：种）： （一）糖胺聚糖（一）糖胺聚糖 (glycosaminoglycan) 己糖醛酸和己糖胺组成的重复二糖单位己糖醛酸和己糖胺组成的重复二糖单位 O-聚糖：聚糖：N-乙酰半乳糖胺与半乳糖核心二糖乙酰半乳糖胺与半乳糖核心二糖 重 要 的 糖 胺 聚 糖 重 要 的 糖 胺 聚 糖 己糖醛酸己糖醛酸 己糖胺己糖胺 （二）核心蛋白（二）核心蛋白 与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白。与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白。 核心蛋白：核心蛋白： 含有糖胺聚糖结合结构域；含有糖胺聚糖结合结构域； 使蛋白聚糖锚定在细胞表面

12、或细胞外基使蛋白聚糖锚定在细胞表面或细胞外基 质的大分子中质的大分子中。 细胞内蛋白聚糖：丝甘蛋白聚糖细胞内蛋白聚糖：丝甘蛋白聚糖 细胞膜蛋白聚糖：黏结蛋白聚糖细胞膜蛋白聚糖：黏结蛋白聚糖 细胞外基质蛋白聚糖：蛋白聚糖聚合体细胞外基质蛋白聚糖：蛋白聚糖聚合体 （三）蛋白聚糖分布（三）蛋白聚糖分布 透明质酸透明质酸 连接蛋白连接蛋白 核心蛋白核心蛋白 硫酸角质素硫酸角质素 硫酸软骨素硫酸软骨素 糖蛋白亚基糖蛋白亚基 骨骺软骨蛋白聚糖聚合物骨骺软骨蛋白聚糖聚合物 蛋白聚糖聚合体蛋白聚糖聚合体(aggrecan) （四）蛋白聚糖生物合成（四）蛋白聚糖生物合成 在内质网上合成核心蛋白多肽链，在内质网上

13、合成核心蛋白多肽链， 在高尔基体内进行聚糖延长和加工。在高尔基体内进行聚糖延长和加工。 以以UDP-单糖为供体单糖为供体， 在多肽链上逐个加上单糖在多肽链上逐个加上单糖， 由特异性糖基转移酶催化；由特异性糖基转移酶催化； 硫酸由硫酸由PAPS提供；提供； 糖胺氨基来自于糖胺氨基来自于Gln。 （五）蛋白聚糖主要功能（五）蛋白聚糖主要功能 1 1. .构成细胞间基质构成细胞间基质 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、胶原蛋白以胶原蛋白以 特殊方式连接特殊方式连接，构成基质的特殊结构构成基质的特殊结构。这与细胞这与细胞 的粘附的粘附、迁移迁移、增殖和分化等有关增殖和分化等有关。

14、2. 其他功能其他功能 抗凝血（肝素）抗凝血（肝素） 参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素）参与细胞识别与分化（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） 蛋白多糖与糖蛋白的区别蛋白多糖与糖蛋白的区别 蛋白多糖蛋白多糖 糖蛋白糖蛋白 糖链含量：糖链含量： 较蛋白质部分多较蛋白质部分多 一般少于蛋白质，少数可较多一般少于蛋白质，少数可较多 糖链组成：糖链组成： 主要为糖醛酸、主要为糖醛酸、 不含糖醛酸，含不含糖醛酸，含N-乙酰氨基己糖、乙酰氨基己糖、 N-乙酰氨基己糖乙酰氨基己糖 甘露糖、半乳糖，末端为甘露糖、半乳糖，末端为 唾液酸及岩藻糖唾液酸及岩藻糖 糖

15、基排列糖基排列： 二糖分子连成长链二糖分子连成长链 大多为分支寡糖链大多为分支寡糖链 与肽链连与肽链连 一般为一般为O-糖苷键连接糖苷键连接 O-糖苷键或糖苷键或N-糖苷键连接糖苷键连接 接方式：接方式： 有时可游离存在有时可游离存在 分布：分布： 主要在细胞外，各种主要在细胞外，各种 分布广泛，细胞内外皆有分布广泛，细胞内外皆有 结缔组织基质中结缔组织基质中 生理功能：生理功能： 以维持结缔组织的以维持结缔组织的 作用广泛，许多粘蛋白、血作用广泛，许多粘蛋白、血 功能为主功能为主 浆蛋白、膜蛋白等结构蛋白浆蛋白、膜蛋白等结构蛋白 均为糖蛋白均为糖蛋白 糖脂（糖脂（glycolipid） 是糖

16、通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质是糖通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质 连接的化合物。连接的化合物。 鞘糖脂鞘糖脂 甘油糖脂甘油糖脂 类固醇衍生糖脂类固醇衍生糖脂 根据脂质部分不同，糖脂可分为：根据脂质部分不同，糖脂可分为： 三、糖脂三、糖脂 细胞膜脂的主要成分细胞膜脂的主要成分 （一）鞘糖脂（一）鞘糖脂 鞘糖脂：神经酰胺糖基化形成的糖苷化合物，鞘糖脂：神经酰胺糖基化形成的糖苷化合物， 其分子中的神经酰胺其分子中的神经酰胺1-位羟基被糖基化。位羟基被糖基化。 鞘糖脂分子中的单糖鞘糖脂分子中的单糖： 葡萄糖、半乳糖、葡萄糖、半乳糖、 N-乙酰葡萄糖胺、乙酰葡萄糖胺、 N-乙酰半乳糖胺、乙酰半乳糖胺、 岩藻

17、糖和唾液酸岩藻糖和唾液酸 1. 脑苷脂是不含唾液酸的中性鞘糖脂脑苷脂是不含唾液酸的中性鞘糖脂 2. 硫苷脂是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂硫苷脂是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂 分布神经分布神经、细胞膜表面细胞膜表面，表面抗原表面抗原、血型物质血型物质 3. 神经节苷脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂神经节苷脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂。 根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘 糖脂可分为：糖脂可分为： 中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 （二）甘油糖脂（二）甘油糖脂 甘油糖脂（甘油糖脂（glyceroglycolipidglyceroglycolipid

18、）也称糖基甘油酯，由）也称糖基甘油酯，由 二酰甘油分子二酰甘油分子3 3位上的羟基与糖基连接而成。位上的羟基与糖基连接而成。 单半乳糖基二酰甘油单半乳糖基二酰甘油 二半乳糖基二酰甘油二半乳糖基二酰甘油 目目 录录 第第 三三 节节 聚糖的生物信息与功能聚糖的生物信息与功能 Bioinformation and function of Bioinformation and function of glycanglycan 聚糖结构含有编码信息聚糖结构含有编码信息。 聚糖结构信息影响糖蛋白从初始合成至最后聚糖结构信息影响糖蛋白从初始合成至最后 亚细胞定位的各个阶段及其功能亚细胞定位的各个阶段及其功

19、能。 聚糖参与细胞识别聚糖参与细胞识别、细胞黏附细胞黏附、细胞分化细胞分化、 免疫识别免疫识别、细胞信号转导细胞信号转导、微生物致病过程微生物致病过程 和肿瘤转移过程等和肿瘤转移过程等。 聚糖的生物信息与功能聚糖的生物信息与功能 教学目的与要求教学目的与要求 掌握：糖蛋白、蛋白聚糖概念，结构特点。掌握：糖蛋白、蛋白聚糖概念，结构特点。 熟悉：单糖、二糖、多糖、复合糖概念、基本结构熟悉：单糖、二糖、多糖、复合糖概念、基本结构 特点。特点。 了解：糖蛋白、蛋白聚糖的主要功能和合成途径；了解：糖蛋白、蛋白聚糖的主要功能和合成途径； 糖脂的类型和结构、聚糖的生物信息与功能。糖脂的类型和结构、聚糖的生物信息与功能。