糖蛋白的作用

1、糖蛋白的作用含糖的蛋竺，由寡糖鏈與肽鏈中的一定氨基酸殘基以糖苷鍵共價連接而成。其主要生物學(xué)功能為 細胞或分子的生物識別，如卵子受精時精子需識別卵子細胞膜上相應(yīng)的糖蛋白。受體蛋白、腫瘤細胞表面 抗原等亦均屬糖蛋白。糖蛋白普遍存在于動物、植物及微生物中，種類繁多，功能廣泛?？砂创嬖诜绞椒譃槿悾?可溶性糖蛋白，存在于細胞內(nèi)液、各種體液及腔道腺體分泌的粘液中。血漿蛋白除白蛋白外皆為糖蛋白。 可溶性糖蛋白包括 酶（如核酸酶類、蛋白酶類、糖苷酶類）、肽類激素（如絨毛膜促性腺激素、促黃體激 素、促甲狀腺素、促紅細胞生成素）、抗體、補體、以及某些生長因子、 干擾素、抑素、凝集素及毒素等。在質(zhì)膜表面糖鏈一律朝

2、外； 此類糖蛋白常參與細胞識別， 為細胞外基質(zhì)中的不溶性大 ）。它們的功能不僅僅是作為細胞外膜結(jié)合糖蛋白，其肽鏈由疏水肽段及親水肽段組成。疏水肽段可為一至數(shù)個，并通過疏水相互作用嵌入 膜脂雙層中。親水肽段暴露于膜外。糖鏈連接在親水肽段并有嚴格的方向性。 在細胞內(nèi)膜一般朝腔面。膜結(jié)合糖蛋白包括酶、受體、凝集素及運載蛋白等。并可作為特定細胞或細胞在特定階段的表面標志或表面抗原。結(jié)構(gòu)糖蛋白， 分子糖蛋白，如膠原及各種非膠原糖蛋白（纖粘連蛋白、層粘連蛋白等基質(zhì)的結(jié)構(gòu)成分起支持、連接及緩沖作用，更重要的是參與細胞的識別、粘著及遷移，并調(diào)控細胞的增殖 及分化。寡糖鏈通常指由210個單糖基借糖苷鍵連成的聚合

3、體。糖蛋白的寡糖鏈多有分枝。由于單糖 的端基碳（異頭碳）原子有a P兩種構(gòu)型，而且單糖分子中存在多個可形成糖苷鍵的羥基，因此，糖鏈結(jié)構(gòu) 的多樣性超過多核苷酸及肽鏈。在糖鏈結(jié)構(gòu)中可以貯存足夠的識別信息，從而在分子識別及細胞識別中起 決定性作用。糖蛋白參與的生理功能包括凝血、免疫、分泌、內(nèi)吞、物質(zhì)轉(zhuǎn)運、信息傳遞、神經(jīng)傳導(dǎo)、生 長及分化的調(diào)節(jié)、細胞遷移、細胞歸巢、創(chuàng)傷修復(fù)及再生等。糖蛋白的糖鏈還參與維持其肽鏈處于有生物活性的天然構(gòu)象及穩(wěn)定肽鏈結(jié)構(gòu)，并賦予整個糖蛋白分子以特定的理化性質(zhì)（如潤滑性、粘彈性、抗熱失活、抗蛋白酶水解及抗凍性等）。糖蛋白與很多疾病如感染、腫瘤、心血管病、肝病、腎病、糖尿病以及

4、某些遺傳性疾病等的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。再者，細胞表面的糖蛋白及糖脂可脫落”到周圍環(huán)境或進入血循環(huán)，它們可以作為異常的標志為臨床診斷提供信息；患某些疾病時體液中的糖蛋白亦常有特異性或強或弱的改變，這可有助于診斷或預(yù)后的判斷。糖蛋白還日益介入治療。例如，針對特定細胞表面特異性糖結(jié)構(gòu)的抗體可作為導(dǎo)向治療藥物 的定向載體。利用糖類（單糖、寡糖或糖肽）抗感染及抗腫瘤轉(zhuǎn)移也已嶄露頭角。生物合成及降解糖蛋白的生物合成就蛋白質(zhì)部分而言與一般分泌蛋白質(zhì)相同，在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行。糖鏈的生物合成在肽鏈延長的同時和（或）以后進行。始于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，完成于戈爾 吉氏體，有的甚至在到達質(zhì)膜后在那里最終完成。肽鏈的糖

5、基化及糖鏈的延長都在各種糖基轉(zhuǎn)移酶的催化 下進行。糖基轉(zhuǎn)移酶有兩個作用物。一個是活化形式的單糖，作為糖基的供體，另一個是肽鏈或寡糖鏈， 作為糖基的接受體。糖基轉(zhuǎn)移酶對供體及接受體皆有嚴格的特異性。一種糖苷鍵由一種酶催化形成。糖鏈 的結(jié)構(gòu)及糖基排列順序無模板可循，而是由糖基轉(zhuǎn)移酶的特異性（包括單糖基種類、端基碳構(gòu)型、糖苷鍵 連接位置及接受體結(jié)構(gòu)）及其作用的先后順序決定，因此是由基因通過糖基轉(zhuǎn)移酶而間接控制的，屬于基 因的次級產(chǎn)物。蛋白糖蛋白的降解可從糖鏈開始，亦可從肽鏈開始，糖蛋白肽鏈的降解同樣是在各種蛋白水解酶的 催化下進行的。糖鏈的水解由各種糖苷酶催化。糖苷酶分為外切及內(nèi)切糖苷酸兩大類。外切

6、糖苷酶水解糖 鏈非還原末端的糖苷鍵，每次水解下一個單糖。這類糖苷酶主要存在于溶酶體中，參與糖蛋白、糖脂及 聚糖的分解代謝。糖苷酶對于所水解的糖苷鍵及作用物的糖結(jié)構(gòu)（有的不僅要求一定的單糖，還要求一定 的糖鏈結(jié)構(gòu)）具有嚴格的特異性。一條糖鏈的完全水解是在一系列糖苷酶依次作用下完成的，每種糖苷酶只能水解下來一個特定的單糖。 如果缺少一種糖苷酶 ,則下一步的糖苷水解被阻斷 ,導(dǎo)致糖鏈水解不完全， 而 致分解代謝中間產(chǎn)物在細胞內(nèi)堆積成為糖累積癥。例如缺乏a-甘露糖苷酶或 a-L巖藻糖苷酶可分別引起甘露糖苷或巖藻寡糖、糖肽的堆積。它們多為先天性酶缺失所造成，屬于遺傳性疾病。血漿糖蛋白的降 解在肝中進行，

7、其非還原末端唾液酸基直接控制其清除率。內(nèi)切糖苷酶可水解糖鏈中的糖苷鍵。常作為工 具酶用于糖鏈結(jié)構(gòu)的研究。主要存在于微生物及植物中，動物組織中少見。其特異性十分嚴格。除糖蛋白 外,透明質(zhì)酸及細菌壁胞壁酸的降解亦由內(nèi)切糖苷酶（如透明質(zhì)酸酶及溶菌酶 ）催化。生物學(xué)作用 生物界種類繁多的糖蛋白執(zhí)行著千差萬別的生物學(xué)功能。如作為酶的糖蛋白催化體內(nèi)的物質(zhì)代謝；作為免疫分子的糖蛋白參與免疫過程；作為激素的糖蛋白參與體內(nèi)生理、生物化學(xué)活動 的調(diào)節(jié)等等。糖蛋白中糖鏈的生物學(xué)作用是研究的熱點，許多問題還未闡明。大致可歸納為直接或間接參 加生物學(xué)功能兩種情況。直接參與生物學(xué)功能方面的作用與細胞或分子的生物識別有關(guān)；

8、間接作用則在于 維持整個分子的天然構(gòu)象，保持一定的活性壽期及決定理化特性等。糖蛋白糖鏈最獨特的生物學(xué)作用是參與生物識別。細胞識別無論對于個體發(fā)生還是成體生命活動的維持都具有決定性意義。例如，同種受精決定于精子表面和卵透明帶糖蛋白糖結(jié)構(gòu)的相互識別。細胞表面糖蛋白還參與早期胚胎發(fā)育過程中內(nèi)細胞團及滋養(yǎng)層的形成及隨后組織、器官形成過程中同類細胞在識別基礎(chǔ)上所發(fā)生的聚集。胚胎發(fā)育需全能細胞進行分化。通過細胞遷移及生物識別，相同的細胞在一定 部位聚集成團，最后發(fā)展為特定的器官。這些過程依賴于特異性的細胞識別及選擇性的細胞粘合。糖蛋白 糖鏈是細胞識別及粘合的分子依據(jù)。在結(jié)構(gòu)多樣的糖鏈中存貯著足夠的各種識別

9、信息。抑制糖蛋白糖鏈的 生物合成則胚胎發(fā)育中止。在胚胎發(fā)育的不同階段及細胞增殖的不同時相細胞表面糖蛋白不斷發(fā)生改變。例如 ,神經(jīng)細胞粘合分子 （N-CAM）, 是一 種存在于細胞表面的質(zhì)膜糖蛋白,其糖鏈含有多個唾液酸基。多唾液酸鏈隨發(fā)育而縮短，至成年時期消失。糖鏈中唾液酸的這些變化對不同時期細胞間的相互作用有一定調(diào)節(jié)意義。N-CAM 可能在胚胎發(fā)育中對細胞間相互作用具有普遍性重要意義，對神經(jīng)細胞間的突觸聯(lián)系及神經(jīng) 用。在若干惡性腫瘤細胞表面亦發(fā)現(xiàn)具有多唾液酸糖鏈的某些細胞表面糖蛋白可以作為不同發(fā)育階段或不同生活狀態(tài)的標志。肌肉連接的建立更具有特殊重要作N-CAM 。細胞歸巢在造血、毀血及淋巴細

10、胞再循環(huán)中必不可缺。在血中循環(huán)的造血干細胞（來自卵黃囊）需到骨髓中進行增殖、分化；淋巴細胞在血流及淋巴樣器官（脾、淋巴結(jié)及扁桃體）間保持再循環(huán)。血循 中造血干細胞及淋巴細胞的歸巢都是通過細胞表面的受體（亦屬于凝集素）來認別靶組織中糖鏈上的糖基 而進行。衰老紅細胞 歸巢”入脾是由于其表面的帶m糖蛋白糖鏈游離末端的唾液酸基大為減少，導(dǎo)致次末 端的半乳糖基暴露。 它可與免疫球蛋白 G 結(jié)合,從而可被脾內(nèi)的吞噬細胞識別并內(nèi)吞。至于致病微生物感染寄主細胞亦必須首先粘附于靶細胞。微生物與靶細胞間的特異性粘合作用不僅可以解釋為感染寄主的選擇 性，而且已有不少證據(jù)表明這種特異性粘合是由糖蛋白糖鏈介導(dǎo)的。還有一

11、些粘合分子是細胞外的游離成分，由相互作用的細胞產(chǎn)生或由遠處的某些細胞產(chǎn)生，分泌至細胞外并運送至細胞間。這些粘合分子作為橋梁介導(dǎo)細胞間的識別及粘合。如出血時血小板的聚集是 由兩種細胞外糖蛋白及其在血小板膜上相應(yīng)的受體糖蛋白介導(dǎo)的識別及粘合。這兩種糖蛋白是血漿中的血 小板反應(yīng)蛋白及纖維蛋白原。它們彼此之間亦發(fā)生特異性識別及結(jié)合，并為其糖結(jié)構(gòu)所介導(dǎo)。糖鏈亦參與細胞與細胞外基質(zhì)的粘著作用。細胞外基質(zhì)的主要成分都是含糖的蛋白質(zhì)，如膠原、 非膠原糖蛋白及蛋白聚糖等。在各種細胞表面則分別存在著特異性結(jié)合一定基質(zhì)成分的受體糖蛋白。這種 結(jié)合是有選擇性的。例如，上皮細胞與基膜中的W型膠原、層粘連蛋白及硫酸乙酰肝

12、素蛋白聚糖結(jié)合；成 纖維細胞與I或m型膠原、纖粘連蛋白結(jié)合；軟骨細胞與n型膠原、軟骨粘連蛋白及硫酸軟骨素蛋白聚糖 結(jié)合。細胞外基質(zhì)成分對細胞的增殖、分化、形態(tài)、代謝及遷移有決定作用。這對胚胎發(fā)育、細胞分化及 創(chuàng)傷修復(fù)是十分關(guān)鍵的。例如，造血干細胞只有在適于它們增殖及分化的骨髓基質(zhì)中才能進行造血過程。骨髓的體外長期培養(yǎng)亦必須為其提供相應(yīng)的造血環(huán)境。細胞與細胞外基質(zhì)之間借助于一定糖結(jié)構(gòu)的結(jié)合， 在惡性腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移過程中亦具有決定性作用。細胞與其外環(huán)境中可溶性糖蛋白（如激素、抑素、干擾素、抗體、生長因子、細胞因子、毒素 等等）的作用不但對細胞的增殖、分化、代謝及功能產(chǎn)生深刻影響，而且對維持整個機體

13、內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具 有重要意義。已有一些實驗證明某些可溶性糖蛋白與細胞的作用由糖鏈介導(dǎo)。糖蛋白激素在去除糖鏈后， 則生物學(xué)活性喪失。迄今發(fā)現(xiàn)的 20 種血型體系中的 160 多種血型抗原完全或主要由糖蛋白及糖脂的寡糖 決定。A型、B型及O型血者的抗原決定簇分別是a-D-N乙酰氨基半乳糖基、a-D半乳糖基及a L巖藻糖基。組織相容性抗原亦為糖蛋白。其抗原特異性與糖鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)。糖鏈與免疫的關(guān)系日益受到重視。已發(fā)現(xiàn)補體系統(tǒng)可在無特異性抗體存在的情況下被一定的糖鏈結(jié)構(gòu)活化。不但各種免疫球蛋白都是糖蛋白,其糖鏈結(jié)構(gòu)對抗原 -抗體結(jié)合的特異性有一定影響 ;而且很多 免疫介質(zhì) ,如淋巴因子、單核因子、輔助因子、

14、抑制因子、活化因子、趨化因子、毒性因子、干擾素、白細 胞介素等及其在免疫細胞表面的受體都是糖蛋白。不少證據(jù)表明糖鏈參與其相互識別和結(jié)合。干擾素亦與 靶細胞表面的糖結(jié)構(gòu)相結(jié)合。凝集素是廣泛存在于動物、植物及微生物中的一類蛋白質(zhì)，它由非免疫途徑產(chǎn)生并特異地與一 定糖結(jié)構(gòu)相結(jié)合。很多凝集素本身亦為糖蛋白。各種凝集素識別與結(jié)合糖結(jié)構(gòu)的特異性強弱不等。一定的 凝集素可凝集一定種類的細胞，并可選擇性地刺激細胞的有絲分裂。凝集素的上述作用可被特定的單糖或 寡糖或糖肽抑制。細胞表面的糖蛋白或糖脂在體外可被一定的外源性凝集素識別并結(jié)合，有人稱之為凝集 素的受體。凝集素即通過其多價性及細胞表面受體而引起細胞凝集。

15、凝集素可存在于體液中及細胞表面。 在各種原核細胞及真核細胞生物中發(fā)現(xiàn)的凝集素已多達百余種。其生物學(xué)功能復(fù)雜而多樣。但基本作用都 是對細胞或游離分子進行識別。例如，在鼠、兔及人的肝細胞質(zhì)膜中有識別半乳糖的凝集素（肝凝集素）。 血漿中的蛋白質(zhì)多為以唾液酸為非還原末端的 N 糖苷糖蛋白。 去唾液酸后暴露出次末端的半乳糖基， 可迅 速被肝細胞通過肝凝集素識別而結(jié)合，進而引起內(nèi)吞，從而將去唾液酸血漿糖蛋白攝取，從血中清除并在 溶酶體中降解。以致其半壽期縮短至若干分鐘。嚴重肝炎、肝硬變及肝癌的組織中缺乏肝凝集素，從而導(dǎo) 致血中去唾液酸糖蛋白的堆積。另外，在腎、腸上皮，甲狀腺及骨髓細胞表面亦發(fā)現(xiàn)結(jié)合半乳糖的

16、凝集素。 在肝庫普弗氏細胞及脾、肺巨噬細胞表面存在識別和結(jié)合甘露糖及乙酰氨基葡萄糖的凝集素。這些細胞表 面凝集素一旦與相應(yīng)配體結(jié)合便可引起內(nèi)吞，內(nèi)吞后配體在溶酶體中被消化。而凝集素本身可再循環(huán)至細 胞表面。糖蛋白糖鏈對引導(dǎo)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)到達預(yù)定部位有決定性作用。很多分泌蛋白質(zhì)必 須經(jīng)過糖基化才能分泌到細胞外。若糖基化被阻斷則不能分泌出去。溶酶體的各種水解酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及戈爾 吉氏體合成后集中在初級溶酶體內(nèi)，這亦由其糖鏈決定。所有各種溶酶體酶，除組織蛋白酶B1 外，都是高甘露糖型糖蛋白， 其某些甘露糖基發(fā)生 6 位磷酸化。 這些帶有 6磷酸甘露糖 （Man-6-P） 標志的溶酶體 酶與定位

17、在戈爾吉氏體膜腔面一定部位的受體相結(jié)合。這些受體實際上是特異性識別Man-6-P 的凝集素。通過這些集中分布在一定膜區(qū)的受體帶有 M-6-P 標志的溶酶體酶被集中起來 ，再通過該膜區(qū)的發(fā)泡， 從戈爾 吉氏體形成膜內(nèi)面掛著全套溶酶體酶的初級溶酶體。 溶酶體膜含有高度糖基化 （每條肽鏈上帶 10 余條糖鏈） 的糖蛋白，其糖鏈富含唾液酸，并朝向腔面。這些糖蛋白糖鏈不但可以防止溶酶體膜被溶酶體內(nèi)的水解酶 降解破壞，而且可以在溶酶體腔面形成低 pH 值環(huán)境，使溶酶體酶與膜受體的結(jié)合減弱，然后溶酶體酶的 糖鏈發(fā)生脫磷酸。由于脫磷酸去除了可被膜受體識別的標志，各種水解酶遂游離于溶酶體囊腔內(nèi)。當(dāng)初級 溶酶體與

18、內(nèi)吞泡融合后溶酶體酶即可水解經(jīng)內(nèi)吞進入細胞的大分子及細胞、組織碎屑。此外，在細胞表面 亦存在特異性識別 Man 6 P 的受體。可將分泌至細胞外的溶酶體酶結(jié)合并內(nèi)化回收。細胞表面識別Man6P 的受體只占細胞總受體量的10，其余 90存在于溶酶體、戈爾吉氏體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。人類罹患的一種稀有病，I-細胞（inclusion-cell）病系在細胞內(nèi)堆積大量的高分子量糖復(fù)合物，可造成早天。其缺陷主要是缺乏 UDP-N 乙酰氨基葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶 ,因而溶酶體酶缺乏 Man-6-P 標志。 以致其各種溶酶體水解酶不存 在于溶酶體內(nèi)而被分泌至細胞外。 其溶酶體膜及細胞表面雖存在正常的識別 Man-6-P 的受體

19、， 卻不能將自 身的溶酶體酶按正常路線運送。但可將外源性正常的帶標志的溶酶體酶回收并運至溶酶體。植物凝集素常有不同程度的細胞毒性。毒性強的凝集素有蓖麻毒素、相思豆毒素等。它們都識別并結(jié)合含半乳糖的糖鏈。這些毒素由A、B兩個亞單位組成。B亞單位與細胞表面的糖基結(jié)合,A亞單位進入胞質(zhì)與核糖核蛋白體結(jié)合從而抑制蛋白質(zhì)生物合成，其作用原理類似于酶的催化作用，催化核蛋白體 因子失活。 胞質(zhì)中只需幾個分子細胞毒凝集素即可完全阻斷蛋白質(zhì)的合成。因而僅極少量即可置人于死地。將細胞毒凝集素與抗腫瘤細胞的特異性抗體偶聯(lián)，可定向殺傷體內(nèi)的腫瘤細胞。有些糖蛋白的糖鏈本身并無直接的生物學(xué)功能。而可對肽鏈的加工及其構(gòu)象施

20、以控制。一些多 肽或蛋白質(zhì)以巨大的前體形式在細胞內(nèi)合成，然后被特異性蛋白酶水解釋出成熟的有生物活性的分子，例 如垂體的一些激素是以前體的形式生成的。前體上的糖鏈可控制其在適當(dāng)?shù)牟课槐坏鞍酌杆?，從而有?地產(chǎn)生生物活性成分。再如，若抑制前膠原的糖鏈合成，則不能生成膠原。糖鏈又可以控制肽鏈的折迭及 穩(wěn)定肽鏈的天然構(gòu)象，去除糖鏈則某一區(qū)域的構(gòu)象改變，影響其生物學(xué)活性。如免疫球蛋白G(IgG) 去除糖鏈則與抗原結(jié)合的構(gòu)象改變。此外，糖鏈還決定糖蛋白分子的理化性質(zhì)，使其具有：抗蛋白酶水解性， 使糖蛋白分子在體內(nèi)可維持一定的壽期。蛋白酶的糖鏈可保護其肽鏈不被自家水解而保持催化活力。體液 中的糖蛋白糖鏈可保護其不至迅速被體液中的各種蛋白酶