糖生物學(xué)與糖衍生物

1、糖生物學(xué)與糖衍生物 ABO血型的分子基礎(chǔ)糖鏈結(jié)構(gòu)的多樣性。 A型和B型的抗原決定簇之間的差異在于糖鏈非還原末端的糖基是N-乙酰氨基半乳糖還是半乳糖，或者說是一個末端糖基上第2位碳原子上的基團是N-乙酰氨基還是羥基。而O型血的攜帶者，在相應(yīng)的糖鏈上缺少這個末端糖基。2. 短糖鏈結(jié)構(gòu)決定糖蛋白或相關(guān)細(xì)胞的命運 肝臟選擇性吸收帶有半乳糖-唾液酸糖鏈結(jié)構(gòu)的糖蛋白機制: 例如血漿銅蘭蛋白-轉(zhuǎn)運銅離子的蛋白,他依靠肝細(xì)胞膜上的特殊糖受體相互作用而決定是否被肝細(xì)胞吸收或消滅.用兩個酶-首先是神經(jīng)氨酸酶，然后是半乳糖氧化酶與這個蛋白質(zhì)一同保溫，可以驅(qū)除銅蘭蛋白的糖識別鏈的關(guān)鍵成分。神經(jīng)氨酸酶去除糖鏈末端的唾液

2、酸，暴露出半乳糖，此時肝細(xì)胞可以迅速地吸收掉此蛋白。但是暴露的半乳糖如被半乳糖氧化酶氧化，此蛋白則可以正常存在于血液之中。說明半乳糖是肝臟細(xì)胞識別此糖蛋白的標(biāo)志，而唾液酸只是起到暫時掩蓋或隱蔽半乳糖被識別的作用。據(jù)研究，老的紅細(xì)胞比幼稚紅細(xì)胞有較少的唾液酸殘基，而用神經(jīng)氨酸酶處理幼稚紅細(xì)胞，使其唾液酸殘基被人為消除，結(jié)果幼稚紅細(xì)胞的壽命由正常的120分鐘迅速地縮短為幾分鐘。當(dāng)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈ缣擒彰胳畛准?xì)胞表面的末端巖藻糖殘基時，白細(xì)胞就迅速地被脾臟而不是肝臟吸收。由細(xì)胞分泌到細(xì)胞外介質(zhì)中的溶菌酶帶有一個6-磷酸甘露糖結(jié)尾的糖識別鏈。此鏈起到指導(dǎo)被其他細(xì)胞再吸收，進(jìn)一步包裝成新的溶酶體的作用。3

3、. 免疫識別的作用 現(xiàn)代研究結(jié)果表明, 免疫系統(tǒng)的細(xì)胞是通過其表面的結(jié)合糖識別鏈與相關(guān)的受體特異性的結(jié)合來確定哪些是外來細(xì)胞或生物大分子, 哪些是自身細(xì)胞或生物大分子. 燕秋, 朱正美. 免疫球蛋白的糖鏈與自身免疫疾病. 生命的化學(xué), 1999, 19(3) Ig是體液免疫的主力軍，體內(nèi)的抗體也屬此類，它們可特異識別并結(jié)合抗原異物，對機體起防御和保護(hù)作用。Ig包括IgG、IgM、IgA、IgD和IgE五類。各類Ig均是糖蛋白。其中以IgG含糖最少，為2%3%，IgA為8%，其它各型為7%15%。寡糖鏈可連接在Ig的Fab、Fc及絞鏈區(qū)。 IgG的糖鏈高度不均一，但其糖化仍有一定規(guī)律，即具有位點

4、特異性和高度可重復(fù)性。Fab區(qū)糖基的結(jié)合數(shù)和位置變化多端，具體取決于肽鏈與糖基相連的局部特性。在Fc區(qū)的CH2段上各有一個保守的糖基化位點。寡糖鏈有以下幾個作用：(1)保持CH2區(qū)穩(wěn)定性，免受蛋白酶水解。(2)維持IgG與Clq正常結(jié)合。(3)維持絞鏈區(qū)單核細(xì)胞結(jié)合部位(234237位氨基酸)的穩(wěn)定性 4. 細(xì)胞與細(xì)胞間的粘連如果一個細(xì)胞表面上所帶的糖分子，與另一個細(xì)胞表面的特殊受體相互作用，細(xì)胞就被彼此粘連在一起, 或通過粘連因子和凝集素將兩個細(xì)胞連接在一起, 進(jìn)而形成組織器官.5. 寡糖的改善腸道功能的作用 李軍生, 閻柳娟.豆類低聚糖的開發(fā)應(yīng)用. 廣西工學(xué)院學(xué)報, 1997, 8(3):

5、 68-73. 許多低聚糖, 如: 乳糖、甘露聚糖、蔗果低聚糖等，不能被人體利用，但是卻是人體腸道微生物-雙歧桿菌的營養(yǎng)成分。因此低聚糖具有改善人體腸道功能的作用。6. 多糖的醫(yī)藥功能 近二十年來，由于分子生物學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到糖及其復(fù)合物分子具有極其重要的生物功能，多糖與免疫功能的調(diào)節(jié)、細(xì)胞與細(xì)胞的識別、細(xì)胞間物質(zhì)的運輸、癌癥的診斷與治療等，都有著密切的關(guān)系。此外它還能控制細(xì)胞的分裂和分化、調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長和衰老。 1984年，蘇聯(lián)人在荷蘭召開的第十二次國際碳水化合物討論會上報道了用全合成特定結(jié)構(gòu)的莢膜多糖作疫苗，受到與會者的極大興趣。爾后，有關(guān)真菌多糖的研究更為深入和廣泛，如酵母菌多糖

6、、食用菌多糖，特別是食用菌多糖的研究，報道數(shù)量較高，其中以香菇多糖研究得較清楚。日本將香菇多糖、云芝多糖: PSK投入市場之后，并取得了顯著的效益。1995年3月，亞洲分子生物學(xué)組織（AMBO）還在日本舉辦了“糖生物學(xué)和糖工程”培訓(xùn)班 ，也就是說，“糖生物學(xué)的時代正在加速來臨”。多糖具有儲藏能量、結(jié)構(gòu)支持和抗原決定性等多種生物功能. 越來越多的多糖生物學(xué)功能被揭示. 多糖主要通過以下途徑而發(fā)揮促進(jìn)免疫功能: 1）提高巨噬細(xì)胞的吞噬能力，誘導(dǎo)白細(xì)胞介素1（IL-1）和腫瘤壞死因子（TNF）的生成，具有這種免疫促進(jìn)功能的多糖有香菇多糖、黑柄炭角多糖、裂裥菌多糖、細(xì)菌脂多糖、牛膝多糖、商陸多糖、樹舌

7、多糖、海藻多糖等; 2）促進(jìn)T細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)其分泌白細(xì)胞介素2（IL-2），具有這類免疫促進(jìn)功能的多糖有中華獼猴桃多糖、豬苓多糖、人參多糖、刺五加多糖、枸杞子多糖、蕓芝多糖肽、香菇多糖、靈芝多糖、銀耳多糖、商陸多糖I、黃芪多糖等; 3）促進(jìn)淋巴因子激活的殺傷細(xì)胞（LAK）活性，這類多糖有枸杞子多糖、黃芪多糖、刺五加多糖、鼠傷寒菌內(nèi)毒素多糖等;4）提高B細(xì)胞活性，增加多種抗體的分泌，加強機體的體液免疫功能，這類多糖有銀耳多糖、香菇多糖、褐藻多糖、苜蓿多糖等;5）通過不同途徑激活補體系統(tǒng)，有些多糖是通過替代通路激活補體的，有些則是通過經(jīng)典途徑，這類多糖有酵母多糖、裂裥菌多糖、當(dāng)歸多糖、茯苓多糖、酸

8、棗仁多糖、車前子多糖、細(xì)菌脂多糖、香菇多糖等 。 多糖能抑制病毒反轉(zhuǎn)錄酶的活性從而抑制病毒復(fù)制，具有抗病毒活性 ，可用于制備多糖疫苗。 多糖結(jié)合物在細(xì)胞識別、細(xì)胞間物質(zhì)運輸方面也有極其重要的作用，多糖可與細(xì)胞膜上特殊受體結(jié)合，通過cAMP將信息傳至線粒體提高糖代謝酶活性，刺激胰島素分泌，加強血糖分解，促進(jìn)血糖轉(zhuǎn)化為糖原，用于糖尿病的防治。多糖能誘導(dǎo)胃組織中表皮生長因子和堿性成纖維細(xì)胞生長因子合成水平，促進(jìn)潰瘍愈合和修復(fù)。 多糖及其衍生物因其特殊的功能鍵具有抗炎癥、抗凝血、抗輻射、降血脂等作用。作為生物效應(yīng)調(diào)節(jié)劑而成為近年來天然藥物的研究熱點之一。近十幾年來，這方面的研究工作進(jìn)展迅速 ?，F(xiàn)已證明

9、，許多食物或食物成分都具有抗腫瘤作用，如豆類食物、十字花科蔬菜、胡蘿卜素、番茄紅素、姜黃素多糖等。 第二節(jié) 糖蛋白一、概念糖蛋白是指通過共價鍵與蛋白質(zhì)相結(jié)合的復(fù)合糖都稱為蛋白糖，或糖蛋白?，F(xiàn)已將蛋白聚糖從糖蛋白中劃分出來。因此目前“糖蛋白”的概念是專指由比較短、往往是分支的寡糖鏈與多肽鏈共價相連所構(gòu)成的復(fù)合糖。在大多數(shù)情況下糖的部分所占的比例比較小。二、分布 糖蛋白在自然界中的分布十分廣泛，不僅存在于脊椎動物和無脊椎動物中，也存在于植物、單細(xì)胞有機體和病毒中。在高等動物中大部分糖類聚合物往往都與蛋白質(zhì)共價連接，在低等動物以及植物中情況也如此。已研究過的六、七十種血漿蛋白質(zhì)，除清蛋白、溶菌酶-微

10、球蛋白等七、八種外，全都是糖蛋白。腦下垂體和胎盤性激素、促甲狀腺激素和甲狀腺球蛋白、包括水解酶、氧化酶和轉(zhuǎn)移酶在內(nèi)的許多酶類也都是含糖的蛋白質(zhì)。在植物中分出的糖蛋白數(shù)目日益增多，特別是外源凝集素，絕大部分都屬于糖蛋白。不同來源的糖蛋白具有種屬特異性。一種蛋白質(zhì)在某種動物中是以糖蛋白形式存在，但在另一種動物中就不一定。即使同是糖蛋白，但它們的糖組分、含量也可能不同，如牛、綿羊和豬的胰核糖核酸酶都是糖蛋白。但糖的含量卻分別為9.49.8和38，而紅鹿和大鼠的此種酶卻不含有糖。綿羊和豬的頜下腺糖蛋白的情況也是如此，在前一糖蛋白中連接在蛋白質(zhì)上的是一種二糖，而連接在后一蛋白質(zhì)上的卻是五糖。因此在描述糖

11、蛋白時很重要的一點是須注明它的種屬來源。三、功能真菌分泌許多具有糖蛋白結(jié)構(gòu)的酶類，如高峰淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶等；被膜病毒所含有的表面糖蛋白與其對寄主的吸附作用有關(guān)；酵母和綠色植物細(xì)胞壁的糖蛋白則是一種結(jié)構(gòu)組分；在高等動物中上皮細(xì)胞分泌物中的糖蛋白具有保護(hù)和潤滑作用；膠原物質(zhì)與其它可溶性糖蛋白及蛋白聚糖構(gòu)成大部分細(xì)胞間基質(zhì)，賦于有機體支持作用；糖蛋白結(jié)構(gòu)的酶類和激素(如促濾泡激素、黃體生成素、促甲狀腺激素等)物質(zhì)，分別具有生物催化和激素功能；血液中的許多糖蛋白擔(dān)負(fù)運輸(包括Fe2+，Cu2+，Ca2+等）無機離子和激素等生物活性物質(zhì)的運輸作用、血液凝固和抗體活性等各種生物學(xué)功能。四、結(jié)構(gòu)1. 糖蛋白中

12、的糖組分糖蛋白中糖的含量變化很大。含量較少者如豬腸二肽酶，僅含03；多者如人卵巢囊腫糖蛋白約含有70糖，而血型糖蛋白和人胃糖蛋白中糖的含量可多達(dá)80以上! 不過大多數(shù)糖蛋白則僅含有中等量的糖，糖蛋白中所含的氨基酸種類似與糖的量有一定關(guān)系：糖含量高的糖蛋白，如血型物質(zhì)，往往含有較多的脂肪族氨基酸；而芳香族氨基酸、堿性氨基酸和含硫氨基酸則較低。糖蛋白中寡糖鏈(亦稱糖單位)的結(jié)構(gòu)大小不一。在膠原中有時其糖的部分僅由一個半乳糖殘基構(gòu)成；復(fù)雜的寡糖鏈可含有12-15個糖殘基，高者甚至可達(dá)20-30個糖殘基。2. 糖肽連接的類型 糖或寡糖鏈與蛋白質(zhì)之間可以通過多種共價鍵的方式進(jìn)行連接, 但是經(jīng)過大量的資料

13、分析后得知, 僅有少量的氨基酸,如絲氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、羥賴氨酸、羥脯氨酸或半胱氨酸可以作為寡糖鏈的連接點。另外有的糖蛋白中同時存在一種以上的糖肽鍵，如：小牛胎球蛋白既含有N-型糖肽鍵，也含有O-糖肽鍵。I-型糖肽鍵，以天冬酰胺作為連接點，亦稱為N-糖肽鍵或N-糖苷鍵 很多糖蛋白中都存在此連接鍵，特別是血漿糖蛋白（如血清類粘蛋白、免疫球蛋白、激素類糖蛋白、甲狀腺球蛋白等多屬于此類型II-型糖肽鍵，以絲氨酸或蘇氨酸作為連接點，亦稱為O-糖肽鍵或O-糖苷鍵 此鍵是粘液糖蛋白的特征鍵，頜下腺、胃腸道表面上皮細(xì)胞、呼吸道和雌性動物陰道產(chǎn)生的粘液中，及某些癌細(xì)胞中含有此類糖蛋白。III-型糖肽鍵，以

14、羥賴氨酸作為連接點，亦稱為5-O-吡喃半乳糖基-5-羥基-L-賴氨酸。是膠原和一些膠原樣多聚物的特征結(jié)構(gòu)。IV-型糖肽鍵，以羥脯氨酸作為連接點，亦稱為4-O-D-呋喃阿拉伯糖基-4-羥基-反式-L-脯氨酸。主要存在于綠色植物和綠藻所含的細(xì)胞壁糖蛋白中。伸展蛋白的結(jié)構(gòu)特點則是與羥脯氨酸相連接的糖鏈比較短，通常由一個至四個阿拉伯糖殘基組成，并含GaI-O-Ser型糖膚鍵。它也存在于馬鈴薯外源凝集素中。稻糖的粘蛋白也含此連接鍵。此外，還有： V-型糖肽鍵，以半胱氨酸作為連接點； VI-型糖肽鍵，以N-末端氨基酸殘基作為連接點的糖蛋白，種類比較少。第三節(jié) 糖脂一、概念糖脂是指含有糖基的脂質(zhì)化合物。這里

15、指的糖脂主要是指鞘糖脂和甘油糖脂，即指水解產(chǎn)物中只含糖、脂肪酸和神經(jīng)鞘氨醇(或其衍生物)或甘油的復(fù)合類脂化合物。鞘糖脂是一類復(fù)合糖，1884年，JL. WThudichum首先從人腦中分出腦苷脂（半乳糖基神經(jīng)酰胺)，并證明含一種脂肪酸，一種糖及一種當(dāng)時尚不了解的有機堿，即鞘氨醇。1935年，Eklenk從Tay-Sachs氏病和Niemann-pick氏病的嬰孩腦中發(fā)現(xiàn)另一種鞘糖脂，推測此物質(zhì)存在于神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中，故稱為神經(jīng)節(jié)苷脂。后來知道實際上也存在于神經(jīng)以外的組織和體液中。不同類型的鞘糖脂如紅細(xì)胞糖苷脂、巖藻糖脂及腦硫脂等都陸續(xù)漸被發(fā)現(xiàn)。至于含半乳糖的甘油糖脂則是于1956年首先從面粉中分離出來的，是二酰基甘油的糖苷類物質(zhì)。隨后在植物、微生物中又發(fā)現(xiàn)各種甘油糖脂。二、分布糖脂廣泛存在于生物界。哺乳動物既含鞘糖脂，也含有甘油糖脂，但以前者為主。有很多的資料表明鞘糖脂存在于絕大多數(shù)(若不是全部的話)哺乳動物組織中，其類型，與各種類脂的比例都具有器官和種屬的特異性。植物和微生物中的糖脂主要是甘油糖脂絕，此類化合物也是細(xì)菌(特別是革蘭氏陽性細(xì)菌)膜的常見組分。但植物和微生物的糖脂中也有小部分屬于鞘糖脂類，微生物中還含有一些結(jié)構(gòu)比較獨特的糖脂。 三、功能1)半乳糖甘油二酯是葉綠體的