第四章-糖与复合糖课件.ppt

1、目目 录录第第 四四 章章糖与复合糖Carbohydrate and Complex Carbohydrates目目 录录第一节第一节 单糖、二糖与多糖单糖、二糖与多糖 Monosaccharides,Disaccharides and Polysaccharides目目 录录糖糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。或多羟酮类及其衍生物或多聚物。根据其水解产物，糖主要可分为三大类根据其水解产物，糖主要可分为三大类:单单 糖糖 (monosacchride)寡寡 糖糖 (oligosacchride)多多 糖糖 (polysacchrid

2、e)目目 录录（一）体内单糖可来自于外源摄入和糖复合物分解（一）体内单糖可来自于外源摄入和糖复合物分解（二）单糖衍生物是体内多种代谢途径的中间物或产物（二）单糖衍生物是体内多种代谢途径的中间物或产物（三）核苷酸单糖是复合糖合成的原料（三）核苷酸单糖是复合糖合成的原料单糖单糖是不能被分解成更小分子的糖，如葡是不能被分解成更小分子的糖，如葡萄糖萄糖(glucose)、果糖、果糖(fructose)和核糖和核糖(ribose)等等 目目 录录目目 录录由由210个单糖以葡糖苷键连接而成的糖称为个单糖以葡糖苷键连接而成的糖称为寡糖寡糖 常见的二糖有：常见的二糖有：麦芽糖麦芽糖 (maltose)：葡萄

3、糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖蔗蔗 糖糖(sucrose)：葡萄糖葡萄糖 果糖果糖乳乳 糖糖(lactose)：葡萄糖葡萄糖 半乳糖半乳糖目目 录录由由10个以上单糖通过糖苷键连接而成的线性或个以上单糖通过糖苷键连接而成的线性或分支聚合物称为分支聚合物称为多糖多糖常见的多糖有：常见的多糖有：淀粉淀粉(starch)糖原糖原(glycogen)纤维素纤维素 (cellulose)淀粉颗粒淀粉颗粒（一）淀粉是植物细胞多糖的储存形式（一）淀粉是植物细胞多糖的储存形式-1,4糖苷键糖苷键-1,6糖苷键糖苷键目目 录录（二）糖原是动物细胞多糖的储存形式（二）糖原是动物细胞多糖的储存形式（二（二）糖原是动物细胞多

4、糖的储存形式）糖原是动物细胞多糖的储存形式*与支链淀粉相比，糖原的分支程度更高与支链淀粉相比，糖原的分支程度更高 -1,4糖苷键糖苷键-1,6糖苷键糖苷键目目 录录目目 录录第第 二二 节节复合糖复合糖 Complex carbohydrates目目 录录复合糖主要包括复合糖主要包括、和和。糖蛋白和蛋白聚糖都由共价连接的蛋白质和糖蛋白和蛋白聚糖都由共价连接的蛋白质和聚糖两部分组成。聚糖两部分组成。糖脂由聚糖与脂类物质组成。糖脂由聚糖与脂类物质组成。糖蛋白分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；糖蛋白分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；而蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半以上。而蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半以上。

5、概概 述述目目 录录蛋白质含量较多；含糖量变动大；聚糖结蛋白质含量较多；含糖量变动大；聚糖结构差异显著。构差异显著。一一糖蛋白的含糖量和聚糖结构差异显著糖蛋白的含糖量和聚糖结构差异显著组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类葡萄糖葡萄糖(Glc)半乳糖半乳糖(Gal)甘露糖甘露糖(Man)N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺(GlcNAc)岩藻糖岩藻糖(Fuc)N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuAc)连接方式连接方式目目 录录N-连接连接：O-连接连接：糖蛋白糖链的糖蛋白糖链的N-连接型与连接型与O-连接型连接型ON目目 录录n 糖

6、蛋白糖链的糖蛋白糖链的N-连接型和连接型和O-连接型连接型 连接连接方式方式N-连接连接：O-连接连接：目目 录录不同种属、组织的同一种糖蛋白的不同种属、组织的同一种糖蛋白的N-连接连接聚糖的含量和结构可以不同。聚糖的含量和结构可以不同。同一组织中的某种糖蛋白，不同分子的同同一组织中的某种糖蛋白，不同分子的同一糖基化位点的一糖基化位点的N-连接聚糖结构也可以不连接聚糖结构也可以不同。同。这种糖蛋白聚糖结构的不均一性称为这种糖蛋白聚糖结构的不均一性称为糖形糖形（glycoform）。）。目目 录录（一）（一）N-连接糖蛋白的糖基化序列段为连接糖蛋白的糖基化序列段为Asn-X-Ser/Thr 定义

7、：定义：聚糖中的聚糖中的N-N-乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮以共价键连接，形成基的酰胺氮以共价键连接，形成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基组成的序列段称为糖基化位点糖基化位点。目目 录录（二）（二）N-连接聚糖结构有高甘露糖型、复连接聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型杂型和杂合型高甘露糖型高甘露糖型复杂性复杂性杂合型杂合型都有一个都有一个ManManManGlcNAcGlcNAcAsn目目 录录（三）（三）N-连接型聚糖合成是以长萜醇作

8、为聚连接型聚糖合成是以长萜醇作为聚糖载体糖载体N-连接聚糖是在内质网上以长萜醇作为聚糖连接聚糖是在内质网上以长萜醇作为聚糖载体，先合成含载体，先合成含14个糖基的聚糖链，然后转移至个糖基的聚糖链，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肽链的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工而成。体进行加工而成。每一步加工都由特异的每一步加工都由特异的糖基转移酶糖基转移酶催化完成，催化完成，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-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 录录目目

9、 录录（四）（四）O-连接聚糖合成不需聚糖载体连接聚糖合成不需聚糖载体定义：定义：聚糖中的聚糖中的N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝乙酰半乳糖胺与多肽链的丝/苏氨苏氨酸残基的羟基以共价键相连而形成酸残基的羟基以共价键相连而形成O-连接糖蛋白连接糖蛋白。O-连接聚糖结构：连接聚糖结构：O-连接聚糖有连接聚糖有N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。乙酰葡萄糖胺等单糖。目目 录录 O-连接聚糖合成：连接聚糖合成：O-连接聚糖常由连接聚糖常由N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核

10、心乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、N-乙酰葡糖胺等单糖。与乙酰葡糖胺等单糖。与N-连接聚糖合成不同，连接聚糖合成不同，O-连接连接聚糖合成是在多肽链合成后进行的，而且不需聚糖载体。聚糖合成是在多肽链合成后进行的，而且不需聚糖载体。在在GalNAc转移酶转移酶作用下，将作用下，将UDP-GalNAc中的中的GalNAc基基转移至多肽链的丝氨酸转移至多肽链的丝氨酸(或苏氨酸或苏氨酸)的羟基上，形成的羟基上，形成O-连接，连接，然后逐个加上糖基，每一种糖基都有其相应的专一性转然后逐个加上糖基，每一种糖基都有其

11、相应的专一性转移酶。移酶。整个过程在整个过程在内质网内质网开始，到开始，到高尔基体高尔基体内完成。内完成。目目 录录（五）蛋白质（五）蛋白质-N-乙酰氨基葡糖基化是可逆乙酰氨基葡糖基化是可逆的单糖基修饰的单糖基修饰蛋白质蛋白质-N-乙酰氨基葡糖（乙酰氨基葡糖（-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc）糖基化修饰是在）糖基化修饰是在O-GlcNAc糖基转移酶（糖基转移酶（O-GlcNAc transferase,OGT）作用下，将）作用下，将-N-乙酰氨基葡糖乙酰氨基葡糖以共价键方式结合于蛋白质的以共价键方式结合于蛋白质的Ser/Thr残基上。残基上。主要存在于细胞质或胞核中。

12、主要存在于细胞质或胞核中。主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。目目 录录由一种或多种糖胺聚糖由一种或多种糖胺聚糖(glycosaminoglycan)共共价连接于核心蛋白所组成的一类非常复杂的复合糖价连接于核心蛋白所组成的一类非常复杂的复合糖 。二、蛋白聚糖由糖胺聚糖共价连接于二、蛋白聚糖由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成核心蛋白所组成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目目 录录硫酸软骨素硫酸软骨素(chordroitin sulfate)硫酸皮肤素硫酸皮肤素(dermatan

13、 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)硫酸类肝素硫酸类肝素(heparan sulfate)体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6 6种）：种）：（一）糖胺聚糖是含己糖醛酸和己糖胺组成（一）糖胺聚糖是含己糖醛酸和己糖胺组成的重复二糖单位的重复二糖单位目目 录录重要的糖胺聚糖重要的糖胺聚糖目目 录录（二）核心蛋白含有与糖胺聚糖结合的结构域（二）核心蛋白含有与糖胺聚糖结合的结构域 定义：定义：与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白核心蛋白。*核心蛋白核

14、心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，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。或细胞外基质的大分子中。目目 录录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)目目 录录（三）蛋白聚糖生物合成时在多肽链上逐一（三）蛋白聚糖生物合成时在多肽链上逐一加上糖基加上糖基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，同时在高尔基体内进行聚糖延

15、长和加工。尔基体内进行聚糖延长和加工。聚糖链的形成是在多肽链上以单糖的聚糖链的形成是在多肽链上以单糖的UDP衍衍生物作为供体逐个加上单糖，每一单糖都有生物作为供体逐个加上单糖，每一单糖都有其特异性糖基转移酶；硫酸由其特异性糖基转移酶；硫酸由PAPS提供；提供；糖胺氨基来自于糖胺氨基来自于Gln。目目 录录糖脂糖脂（glycolipid）是糖通过是糖通过半缩醛羟基半缩醛羟基以糖苷键与脂质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（sphingolipid）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、糖脂由鞘糖脂、甘油

16、糖脂和类固三、糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂组成醇衍生糖脂组成细胞膜脂的主要成分细胞膜脂的主要成分目目 录录（一）鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷化合物（一）鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷化合物鞘糖脂是以鞘糖脂是以神经酰胺神经酰胺为母体的化合物。其分子中为母体的化合物。其分子中的神经酰胺的神经酰胺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主要为：主要为：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-乙乙酰半乳糖胺、岩藻糖酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸和唾液酸 目目 录录1.脑苷脂脑苷脂(cerebroside)是不含唾液酸的中性是不含唾液酸

17、的中性鞘糖脂鞘糖脂2.硫苷脂硫苷脂(sulfatide)是指糖基部分被硫酸化是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂的酸性鞘糖脂3.神经节苷脂神经节苷脂(ganglioside)是含唾液酸的酸是含唾液酸的酸性鞘糖脂性鞘糖脂根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘糖脂可分为：分，鞘糖脂可分为：中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 目目 录录（二）髓磷脂中含有甘油糖脂（二）髓磷脂中含有甘油糖脂甘油糖脂（甘油糖脂（glyceroglycolipidglyceroglycolipid）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

18、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 glycan目目 录录聚糖参与细胞识别、细胞黏附、细胞分化、免疫聚糖参与细胞识别、细胞黏附、细胞分化、免疫识别、细胞信号转导、微生物致病过程和肿瘤转识别、细胞信号转导、微生物致病过程和肿瘤转移过程等。移过程等。糖生物学研究表明，特异的聚糖结构被细胞用来糖生物学研究表明，特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信息。编码若干重要信息。在细胞内，聚糖参与

19、并影响糖蛋白从初始合成至在细胞内，聚糖参与并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。最后亚细胞定位的各个阶段及其功能。目目 录录一、聚糖组分是糖蛋白执行功能所必需一、聚糖组分是糖蛋白执行功能所必需（一）聚糖的生物合成没有模板指导（一）聚糖的生物合成没有模板指导 聚糖中的糖基序列或不同糖苷键的形成，主聚糖中的糖基序列或不同糖苷键的形成，主要取决于糖基转移酶的特异性识别糖基底物要取决于糖基转移酶的特异性识别糖基底物和催化作用。和催化作用。依靠多种糖基转移酶特异性地、有序地将供依靠多种糖基转移酶特异性地、有序地将供体分子中糖基转运至接受体上，在不同位点体分子中糖基转运至接受体上，在不

20、同位点以不同糖苷键的方式，形成有序的聚糖结构。以不同糖苷键的方式，形成有序的聚糖结构。目目 录录（二）聚糖成分影响糖蛋白的半衰期、结构（二）聚糖成分影响糖蛋白的半衰期、结构及功能及功能1.聚糖可稳固多肽链的结构及延长半衰期聚糖可稳固多肽链的结构及延长半衰期2.聚糖参与糖蛋白新生肽链的折叠或聚合聚糖参与糖蛋白新生肽链的折叠或聚合3.聚糖可影响糖蛋白在细胞内分拣和投送聚糖可影响糖蛋白在细胞内分拣和投送4.聚糖参与分子间的相互识别聚糖参与分子间的相互识别5.蛋白聚糖最主要功能是构成细胞间基质蛋白聚糖最主要功能是构成细胞间基质6.各种蛋白聚糖有其特殊功能各种蛋白聚糖有其特殊功能 目目 录录二、结构多样性的聚糖蕴含生物信息二、结构多样性的聚糖蕴含生物信息（一）聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础（一）聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础（二）聚糖空间结构多样性受基因编码的糖基转移（二）聚糖空间结构多样性受基因编码的糖基转移酶和糖苷酶调控酶和糖苷酶调控