糖蛋白的作用

1、糖蛋白的作用含糖的蛋白質(zhì)，由寡糖鏈與肽鏈中的肯定氨基酸殘基以糖苷鍵共價(jià)連接而成。其主要生物學(xué)功能為細(xì)胞或分子的生物識(shí)別，如卵子受精時(shí)精子需識(shí)別卵子細(xì)胞膜上相應(yīng)的糖蛋白。受體蛋白、腫瘤細(xì)胞表面抗原等亦均屬糖蛋白。 糖蛋白普遍存在于動(dòng)物、植物及微生物中，種類繁多，功能廣泛?？砂创嬖诜绞椒譃槿悾嚎扇苄蕴堑鞍?，存在于細(xì)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?？扇苄蕴堑鞍装福ㄈ绾怂崦割悺⒌鞍酌割?、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(xì)胞生成素）、抗體、補(bǔ)體、以及某些生長(zhǎng)因子、干擾素、抑素、凝集素及毒素等。膜結(jié)合糖蛋白，其肽鏈由疏水肽段

2、及親水肽段組成。疏水肽段可為一至數(shù)個(gè)，并通過(guò)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(yán)格的方向性。在質(zhì)膜表面糖鏈一律朝外；在細(xì)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(yùn)載蛋白等。此類糖蛋白常參與細(xì)胞識(shí)別，并可作為特定細(xì)胞或細(xì)胞在特定階段的表面標(biāo)志或表面抗原。結(jié)構(gòu)糖蛋白，為細(xì)胞外基質(zhì)中的不溶性大分子糖蛋白，如膠原及各種非膠原糖蛋白(纖粘連蛋白、層粘連蛋白等)。它們的功能不僅僅是作為細(xì)胞外基質(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(xì)胞的識(shí)別、粘著及遷移，并調(diào)控細(xì)胞的增殖及分化。 寡糖鏈通常指由 210個(gè)單糖基借糖苷鍵連成的聚合體。糖蛋白的寡糖鏈多

3、有分枝。由于單糖的端基碳(異頭碳)原子有、兩種構(gòu)型，而且單糖分子中存在多個(gè)可形成糖苷鍵的羥基，因此，糖鏈結(jié)構(gòu)的多樣性超過(guò)多核苷酸及肽鏈。在糖鏈結(jié)構(gòu)中可以貯存足夠的識(shí)別信息，從而在分子識(shí)別及細(xì)胞識(shí)別中起打算性作用。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(yùn)、信息傳遞、神經(jīng)傳導(dǎo)、生長(zhǎng)及分化的調(diào)整、細(xì)胞遷移、細(xì)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自然構(gòu)象及穩(wěn)定肽鏈結(jié)構(gòu)， 并賜予整個(gè)糖蛋白分子以特定的理化性質(zhì)（如潤(rùn)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、糖尿病以及某些遺傳性疾病等的發(fā)生、進(jìn)展

4、有關(guān)。再者，細(xì)胞表面的糖蛋白及糖脂可“脫落”到四周環(huán)境或進(jìn)入血循環(huán)，它們可以作為特別的標(biāo)志為臨床診斷供應(yīng)信息；患某些疾病時(shí)體液中的糖蛋白亦常有特異性或強(qiáng)或弱的轉(zhuǎn)變,這可有助于診斷或預(yù)后的推斷。糖蛋白還日益介入治療。例如，針對(duì)特定細(xì)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(jìn)行。糖鏈的生物合成在肽鏈延長(zhǎng)的同時(shí)和（或）以后進(jìn)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?duì)柤象w，有的甚至在到達(dá)質(zhì)膜后在那里最終完成。肽鏈的糖基化及糖鏈的延長(zhǎng)都在各種糖

5、基轉(zhuǎn)移酶的催化下進(jìn)行。糖基轉(zhuǎn)移酶有兩個(gè)作用物。一個(gè)是活化形式的單糖，作為糖基的供體，另一個(gè)是肽鏈或寡糖鏈，作為糖基的接受體。糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)供體及接受體皆有嚴(yán)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)及糖基排列挨次無(wú)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)）及其作用的先后挨次打算，因此是由基因通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶而間接把握的，屬于基因的次級(jí)產(chǎn)物。 糖蛋白的降解可從糖鏈開(kāi)頭，亦可從肽鏈開(kāi)頭，糖蛋白肽鏈的降解同樣是在各種蛋白水解酶的催化下進(jìn)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。外切糖苷酶水解糖鏈非還原末端的糖苷鍵,每次水

6、解下一個(gè)單糖。這類糖苷酶主要存在于溶酶體中，參與糖蛋白、糖脂及蛋白聚糖的分解代謝。糖苷酶對(duì)于所水解的糖苷鍵及作用物的糖結(jié)構(gòu)（有的不僅要求肯定的單糖，還要求肯定的糖鏈結(jié)構(gòu)）具有嚴(yán)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(lái)一個(gè)特定的單糖。假如缺少一種糖苷酶,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(xì)胞內(nèi)積累成為糖累積癥。例如缺乏 甘露糖苷酶或L巖藻糖苷酶可分別引起甘露糖苷或巖藻寡糖、糖肽的積累。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(jìn)行，其非還原末端唾液酸基直接把握其清除率。內(nèi)切糖苷酶可水解糖鏈中的

7、糖苷鍵。常作為工具酶用于糖鏈結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)辯。主要存在于微生物及植物中，動(dòng)物組織中少見(jiàn)。其特異性格外嚴(yán)格。除糖蛋白外,透亮質(zhì)酸及細(xì)菌壁胞壁酸的降解亦由內(nèi)切糖苷酶(如透亮質(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(wàn)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(guò)程；作為激素的糖蛋白參與體內(nèi)生理、生物化學(xué)活動(dòng)的調(diào)整等等。糖蛋白中糖鏈的生物學(xué)作用是爭(zhēng)辯的熱點(diǎn)，很多問(wèn)題還未闡明。大致可歸納為直接或間接參與生物學(xué)功能兩種狀況。直接參與生物學(xué)功能方面的作用與細(xì)胞或分子的生物識(shí)別有關(guān)；間接作用則在于維持整個(gè)分子的自然構(gòu)象，保持肯定的活性壽期及打算理化特性

8、等。 糖蛋白糖鏈最獨(dú)特的生物學(xué)作用是參與生物識(shí)別。細(xì)胞識(shí)別無(wú)論對(duì)于個(gè)體發(fā)生還是成體生命活動(dòng)的維持都具有打算性意義。例如，同種受精打算于精子表面和卵透亮帶糖蛋白糖結(jié)構(gòu)的相互識(shí)別。細(xì)胞表面糖蛋白還參與早期胚胎發(fā)育過(guò)程中內(nèi)細(xì)胞團(tuán)及滋養(yǎng)層的形成及隨后組織、器官形成過(guò)程中同類細(xì)胞在識(shí)別基礎(chǔ)上所發(fā)生的聚集。胚胎發(fā)育需全能細(xì)胞進(jìn)行分化。通過(guò)細(xì)胞遷移及生物識(shí)別，相同的細(xì)胞在肯定部位聚集成團(tuán)，最終進(jìn)展為特定的器官。這些過(guò)程依靠于特異性的細(xì)胞識(shí)別及選擇性的細(xì)胞粘合。糖蛋白糖鏈?zhǔn)羌?xì)胞識(shí)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(shí)別信息。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(xì)胞增

9、殖的不同時(shí)相細(xì)胞表面糖蛋白不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變。某些細(xì)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(biāo)志。例如,神經(jīng)細(xì)胞粘合分子(N-CAM),是一種存在于細(xì)胞表面的質(zhì)膜糖蛋白,其糖鏈含有多個(gè)唾液酸基。多唾液酸鏈隨發(fā)育而縮短，至成年時(shí)期消逝。糖鏈中唾液酸的這些變化對(duì)不同時(shí)期細(xì)胞間的相互作用有肯定調(diào)整意義。 N-CAM可能在胚胎發(fā)育中對(duì)細(xì)胞間相互作用具有普遍性重要意義，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞間的突觸聯(lián)系及神經(jīng)肌肉連接的建立更具有特殊重要作用。在若干惡性腫瘤細(xì)胞表面亦發(fā)覺(jué)具有多唾液酸糖鏈的N-CAM。 細(xì)胞歸巢在造血、毀血及淋巴細(xì)胞再循環(huán)中必不行缺。在血中循環(huán)的造血干細(xì)胞（來(lái)自卵黃囊）需到骨髓中進(jìn)行增殖、分化；淋巴

10、細(xì)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(xì)胞及淋巴細(xì)胞的歸巢都是通過(guò)細(xì)胞表面的受體（亦屬于凝集素）來(lái)認(rèn)別靶組織中糖鏈上的糖基而進(jìn)行。年輕紅細(xì)胞“歸巢”入脾是由于其表面的帶糖蛋白糖鏈游離末端的唾液酸基大為削減，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(xì)胞識(shí)別并內(nèi)吞。至于致病微生物感染寄主細(xì)胞亦必需首先粘附于靶細(xì)胞。微生物與靶細(xì)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。 還有一些粘合分子是細(xì)胞外的游離成分，由相互作用的細(xì)胞產(chǎn)生或由遠(yuǎn)處的某些細(xì)胞產(chǎn)生，分泌至細(xì)胞外并運(yùn)送至細(xì)胞間

11、。這些粘合分子作為橋梁介導(dǎo)細(xì)胞間的識(shí)別及粘合。如出血時(shí)血小板的聚集是由兩種細(xì)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(shí)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(shí)別及結(jié)合，并為其糖結(jié)構(gòu)所介導(dǎo)。 糖鏈亦參與細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的粘著作用。細(xì)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(xì)胞表面則分別存在著特異性結(jié)合肯定基質(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(xì)胞與基膜中的型膠原、層粘連蛋白及硫酸乙酰肝素蛋白聚糖結(jié)合；成纖維細(xì)胞與或型膠原、纖粘連蛋白結(jié)合；軟骨細(xì)胞與型膠原、軟骨粘連蛋白及硫酸軟骨素蛋白聚糖結(jié)合

12、。細(xì)胞外基質(zhì)成分對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、形態(tài)、代謝及遷移有打算作用。這對(duì)胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化及創(chuàng)傷修復(fù)是格外關(guān)鍵的。例如，造血干細(xì)胞只有在適于它們?cè)鲋臣胺只墓撬杌|(zhì)中才能進(jìn)行造血過(guò)程。骨髓的體外長(zhǎng)期培育亦必需為其供應(yīng)相應(yīng)的造血環(huán)境。細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間借助于肯定糖結(jié)構(gòu)的結(jié)合，在惡性腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程中亦具有打算性作用。 細(xì)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(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、毒素等等）的作用不但對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、代謝及功能產(chǎn)生深刻影響，而且對(duì)維持整個(gè)機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要意義。已有一些試驗(yàn)證明某些可溶性糖蛋白與細(xì)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)活性丟失

13、。迄今發(fā)覺(jué)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打算。A型、B型及 O型血者的抗原打算簇分別是 -D-N乙酰氨基半乳糖基、 -D半乳糖基及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)覺(jué)補(bǔ)體系統(tǒng)可在無(wú)特異性抗體存在的狀況下被肯定的糖鏈結(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(duì)抗原-抗體結(jié)合的特異性有肯定影響;而且很多免疫介質(zhì),如淋巴因子、單核因子、幫助因子、抑制因子、活化因子、趨化因子、毒性因子、干擾素、白細(xì)胞介素等及其在免疫細(xì)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(shí)別和結(jié)合。干擾素亦

14、與靶細(xì)胞表面的糖結(jié)構(gòu)相結(jié)合。 凝集素是廣泛存在于動(dòng)物、植物及微生物中的一類蛋白質(zhì)，它由非免疫途徑產(chǎn)生并特異地與肯定糖結(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(shí)別與結(jié)合糖結(jié)構(gòu)的特異性強(qiáng)弱不等?？隙ǖ哪乜赡隙ǚN類的細(xì)胞，并可選擇性地刺激細(xì)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(xì)胞表面的糖蛋白或糖脂在體外可被肯定的外源性凝集素識(shí)別并結(jié)合，有人稱之為凝集素的受體。凝集素即通過(guò)其多價(jià)性及細(xì)胞表面受體而引起細(xì)胞凝集。凝集素可存在于體液中及細(xì)胞表面。在各種原核細(xì)胞及真核細(xì)胞生物中發(fā)覺(jué)的凝集素已多達(dá)百余種。其生物學(xué)功能簡(jiǎn)單而多樣。但基本作用都是對(duì)細(xì)胞或游離分子進(jìn)行識(shí)別。

15、例如，在鼠、兔及人的肝細(xì)胞質(zhì)膜中有識(shí)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，可快速被肝細(xì)胞通過(guò)肝凝集素識(shí)別而結(jié)合，進(jìn)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(yán)峻肝炎、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積累。另外，在腎、腸上皮，甲狀腺及骨髓細(xì)胞表面亦發(fā)覺(jué)結(jié)合半乳糖的凝集素。在肝庫(kù)普弗氏細(xì)胞及脾、肺巨噬細(xì)胞表面存在識(shí)別和結(jié)合甘露糖及乙酰氨基葡萄糖的凝集素。這些細(xì)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

16、凝集素本身可再循環(huán)至細(xì)胞表面。 糖蛋白糖鏈對(duì)引導(dǎo)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)到達(dá)預(yù)定部位有打算性作用。很多分泌蛋白質(zhì)必需經(jīng)過(guò)糖基化才能分泌到細(xì)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?duì)柤象w合成后集中在初級(jí)溶酶體內(nèi)，這亦由其糖鏈打算。全部各種溶酶體酶，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(biāo)志的溶酶體酶與定位在戈?duì)柤象w膜腔面肯定部位的受體相結(jié)合。這些受體實(shí)際上是特異性識(shí)別Man-6-P 的凝集素。通過(guò)這些集中分布在肯定膜區(qū)的受體帶有M-6-P標(biāo)志的溶酶體酶被集中起來(lái),再通過(guò)該膜區(qū)的發(fā)泡，從戈?duì)柤?/p>

17、體形成膜內(nèi)面掛著全套溶酶體酶的初級(jí)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(shí)別的標(biāo)志，各種水解酶遂游離于溶酶體囊腔內(nèi)。當(dāng)時(shí)級(jí)溶酶體與內(nèi)吞泡融合后溶酶體酶即可水解經(jīng)內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞的大分子及細(xì)胞、組織碎屑。此外，在細(xì)胞表面亦存在特異性識(shí)別 Man6P的受體?？蓪⒎置谥良?xì)胞外的溶酶體酶結(jié)合并內(nèi)化回收。細(xì)胞表面識(shí)別 Man6P的受體只占細(xì)胞總受體量的10，其余90

18、存在于溶酶體、戈?duì)柤象w及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。人類罹患的一種稀有病，I-細(xì)胞(inclusion-cell)病系在細(xì)胞內(nèi)積累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(biāo)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(xì)胞外。其溶酶體膜及細(xì)胞表面雖存在正常的識(shí)別 Man-6-P的受體，卻不能將自身的溶酶體酶按正常路線運(yùn)送。但可將外源性正常的帶標(biāo)志的溶酶體酶回收并運(yùn)至溶酶體。 植物凝集素常有不同程度的細(xì)胞毒性。毒性強(qiáng)的凝集素有蓖麻毒素、相思豆毒素等。它們都識(shí)別并結(jié)合含半乳糖的糖鏈。這些毒素由 A、B兩個(gè)亞單位組成。B亞單位與細(xì)胞表面

19、的糖基結(jié)合,A亞單位進(jìn)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(gè)分子細(xì)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(xì)胞毒凝集素與抗腫瘤細(xì)胞的特異性抗體偶聯(lián)，可定向殺傷體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞。 有些糖蛋白的糖鏈本身并無(wú)直接的生物學(xué)功能。而可對(duì)肽鏈的加工及其構(gòu)象施以把握。一些多肽或蛋白質(zhì)以巨大的前體形式在細(xì)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。前體上的糖鏈可把握其在適當(dāng)?shù)牟课槐坏鞍酌杆猓瑥亩行У禺a(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。糖鏈又可以把握肽鏈的折迭及穩(wěn)定肽鏈的自然構(gòu)象，去除糖鏈則某一區(qū)域的構(gòu)象轉(zhuǎn)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)象轉(zhuǎn)變。此外，糖鏈還打算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)可維持肯定的壽期。蛋白酶的糖鏈可愛(ài)護(hù)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愛(ài)護(hù)其不至快速被體液中的各種蛋白酶水解