糖蛋白與蛋白聚糖

糖類單糖多糖糖復(fù)合物(glycoconjugates)糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂(glycolipids)寡糖當(dāng)前1頁，總共56頁。

糖生物學(xué)（glycobiology）

研究糖的分子結(jié)構(gòu)、合成及生物功能的新興學(xué)科。

糖組和糖組學(xué)（GlycomeandGlycomics）糖組：為單一細(xì)胞或生物體中的整套聚糖糖組學(xué)：研究包括聚糖種類、結(jié)構(gòu)鑒定、糖基化位點分析、蛋白質(zhì)糖基化的機(jī)制和功能等的科學(xué)當(dāng)前2頁，總共56頁。糖蛋白

Glycoprotein第一節(jié)當(dāng)前3頁，總共56頁。一種或多種糖以共價鍵連接到肽鏈上的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)含量較多，糖所占比例變動大，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)的特性分布：細(xì)胞膜、溶酶體、細(xì)胞外液糖蛋白當(dāng)前4頁，總共56頁。葡萄糖(Glc)半乳糖(Gal)甘露糖(Man)巖藻糖(Fuc)（一）糖蛋白聚糖分為N-連接型和O-連接型兩種一、糖蛋白糖鏈的結(jié)構(gòu)聚糖中單糖的種類：N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)N-乙酰神經(jīng)氨酸(NeuAc)當(dāng)前5頁，總共56頁。單糖結(jié)構(gòu)

-D-葡萄糖-D-半乳糖D-甘露糖（Glc）（Gal）（Man）-D-N-乙酰葡糖胺-D-葡糖醛酸-L-艾杜糖醛酸-D-葡糖胺（GlcNAc）（GlcUA）(IdoUA）（GlcN）-D-N-乙酰半乳糖胺-L-巖藻糖唾液酸-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸（GalNAc）（Fuc）（SA）（GlcNAc-UDP）當(dāng)前6頁，總共56頁。

糖蛋白糖鏈的N-連接型和O-連接型連接方式N-連接：O-連接：當(dāng)前7頁，總共56頁。（二）N-連接糖蛋白糖蛋白聚糖中的N-乙酰葡糖胺與蛋白部分的Asn-X-Ser序列的天冬酰胺氮以共價鍵連接稱N-連接糖蛋白。定義：當(dāng)前8頁，總共56頁。N-連接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三個氨基酸殘基的序列子稱為糖基化位點。糖蛋白分子中聚糖結(jié)構(gòu)的不均一性稱為糖型(glycoform)。N-連接糖蛋白的糖基化位點當(dāng)前9頁，總共56頁。①高甘露糖型②復(fù)雜型③雜合型都有一個五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsnN-連接糖蛋白的聚糖類型當(dāng)前10頁，總共56頁。當(dāng)前11頁，總共56頁。合成含14糖基的寡糖鏈轉(zhuǎn)移至肽鏈的糖基化位點上進(jìn)一步在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進(jìn)行加工N-連接聚糖的合成——共翻譯過程

細(xì)胞定位：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體載體：長萜醇過程：酶：糖基轉(zhuǎn)移酶或糖苷酶催化注意：糖基必須活化為UDP或GDP的衍生物當(dāng)前12頁，總共56頁。長萜醇-P-P聚糖的合成當(dāng)前13頁，總共56頁。3型N-聚糖的加工過程復(fù)雜型當(dāng)前14頁，總共56頁。（三）O-連接糖蛋白糖蛋白聚糖中的N-乙酰半乳糖胺與蛋白部分的絲/蘇氨酸殘基的羥基相連，稱為O-連接糖蛋白。定義由N-乙酰半乳糖胺和半乳糖構(gòu)成核心二糖，核心二糖可重復(fù)延長及分支，再接上巖藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等單糖。O-連接聚糖結(jié)構(gòu)當(dāng)前15頁，總共56頁。

O-連接聚糖合成特點：先合成多肽鏈，再加工糖鏈不需載體過程：在GalNAc轉(zhuǎn)移酶催化下，將UDP-GalNAc中的GalNAc轉(zhuǎn)移至多肽鏈的絲/蘇氨酸的羥基上，形成O-連接；在相應(yīng)的糖基轉(zhuǎn)移酶作用下，GalNAc上逐個加上糖基，直至O-連接寡糖鏈形成當(dāng)前16頁，總共56頁。（四）蛋白質(zhì)β-N-乙酰氨基葡萄糖基化β-N-乙酰氨基葡萄糖(β-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc)糖基化修飾，主要發(fā)生于膜蛋白和分泌蛋白;通過O-GlcNAc糖基轉(zhuǎn)移酶(O-GlcNActransferase,OGT)作用，將β-N-乙酰氨基葡萄糖以共價鍵方式結(jié)合于蛋白質(zhì)的Ser/Thr殘基上;主要存在于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中當(dāng)前17頁，總共56頁。O-GlcNAc糖基化蛋白質(zhì)的解離需要特異性的β-N-乙酰氨基葡萄糖酶(O-GlcNAcase)作用，O-GlcNAc糖基化與去糖基化是個動態(tài)可逆的過程。O-GlcNAc糖基化位點常位于蛋白質(zhì)Ser/Thr磷酸化位點處或其鄰近部位。糖基化后即會影響磷酸化的進(jìn)行，反之亦然。當(dāng)前18頁，總共56頁。二、糖蛋白分子中聚糖的功能保護(hù)糖蛋白不受蛋白酶的水解，延長其半衰期；起屏障作用，影響糖蛋白的作用；聚糖還可以避免蛋白質(zhì)中抗原決定簇被免疫系統(tǒng)識別而產(chǎn)生抗體。（一）聚糖可影響糖蛋白生物活性當(dāng)前19頁，總共56頁。（二）糖蛋白聚糖加工可參與新生肽鏈折疊參與新生肽鏈的折疊并維持蛋白質(zhì)的正確的空間構(gòu)象；糖蛋白的糖基化與肽鏈的折疊及分揀密切相關(guān)。

當(dāng)前20頁，總共56頁。（三）糖蛋白聚糖可參與維系亞基聚合具有功能的糖蛋白的二聚體，往往依靠糖-蛋白或糖-糖相互作用維系亞基的聚合和構(gòu)象。（四）聚糖對蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分揀、投送和分泌中的作用有些蛋白質(zhì)的投送信號存在于肽鏈內(nèi)，但有些是與其糖鏈有關(guān)。當(dāng)前21頁，總共56頁。（五）糖蛋白聚糖具有分子間的識別作用聚糖中單糖分子連接的多樣性是聚糖起到分子識別作用的基礎(chǔ)；受體與配體識別和結(jié)合也需聚糖的參與；細(xì)胞表面糖復(fù)合物的聚糖還能介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞的結(jié)合。當(dāng)前22頁，總共56頁。蛋白聚糖

Proteoglycan第二節(jié)當(dāng)前23頁，總共56頁。蛋白聚糖是一條或多條糖胺聚糖以共價鍵與核心蛋白形成的大分子糖復(fù)合物糖占比例大，約一半以上，具有多糖性質(zhì)。分布于軟骨、結(jié)締組織、角膜基質(zhì)、關(guān)節(jié)滑液、粘液、眼玻璃體等組織。當(dāng)前24頁，總共56頁。蛋白聚糖的結(jié)構(gòu)核心蛋白糖胺聚糖糖胺糖醛酸葡萄糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸當(dāng)前25頁，總共56頁。一、糖胺聚糖糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）是由己糖胺和己糖醛酸構(gòu)成的重復(fù)二糖單位。硫酸軟骨素類(chordroitinsulfates)硫酸皮膚素(dermatansulfate)硫酸角質(zhì)素(keratansulfate)透明質(zhì)酸(hyaluronicacid)肝素(heparin)和硫酸類肝素(heparansulfate)體內(nèi)重要的糖胺聚糖（6種）：當(dāng)前26頁，總共56頁。當(dāng)前27頁，總共56頁。二、核心蛋白核心蛋白（coreprotein）為與糖胺聚糖鏈共價結(jié)合的蛋白質(zhì)。核心蛋白均含有相應(yīng)的糖胺聚糖取代結(jié)構(gòu)域，一些蛋白聚糖通過這一結(jié)構(gòu)錨定在細(xì)胞表面或細(xì)胞外基質(zhì)的大分子中。當(dāng)前28頁，總共56頁。大分子聚集型胞外基質(zhì)蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基質(zhì)蛋白聚糖跨膜胞內(nèi)蛋白聚糖根據(jù)核心蛋白和糖鏈成分的差別，蛋白聚糖分為3類：當(dāng)前29頁，總共56頁。細(xì)胞表面的黏結(jié)蛋白聚糖黏結(jié)蛋白聚糖（syndecan-1）為細(xì)胞膜表面主要蛋白聚糖成分當(dāng)前30頁，總共56頁。透明質(zhì)酸連接蛋白核心蛋白硫酸角質(zhì)素硫酸軟骨素蛋白聚糖亞基骨骺軟骨蛋白聚糖聚合物

蛋白聚糖聚合物當(dāng)前31頁，總共56頁。三、蛋白聚糖的合成在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成核心蛋白多肽鏈，同時即以O(shè)-連接或N-連接的方式進(jìn)行聚糖加工；在高爾基體內(nèi)進(jìn)行糖鏈延長或加工修飾；多糖鏈的形成是由單糖逐個加上去的，單糖要由UDP活化；糖醛酸由UDPGA提供；硫酸由PAPS提供；糖胺氨基來自于Gln。當(dāng)前32頁，總共56頁。四、蛋白聚糖的功能在基質(zhì)中蛋白聚糖和彈性蛋白、膠原蛋白以特殊方式連接，構(gòu)成基質(zhì)的特殊結(jié)構(gòu)。這與細(xì)胞的粘附、遷移、增殖和分化等有關(guān)?？鼓?肝素)參與細(xì)胞識別結(jié)合與分化(細(xì)胞表面的硫酸素)維持軟骨機(jī)械性能(硫酸軟骨素)等1.構(gòu)成細(xì)胞外基質(zhì)——最主要功能2.其它功能當(dāng)前33頁，總共56頁。每一聚糖都有一個獨特的能被蛋白質(zhì)閱讀，并與蛋白質(zhì)相結(jié)合的三維空間構(gòu)象，即糖密碼(sugarcode)。聚糖的信息分子作用聚糖結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性特異的聚糖結(jié)構(gòu)被細(xì)胞用來編碼若干重要信息。當(dāng)前34頁，總共56頁。糖蛋白與蛋白聚糖的區(qū)別

糖蛋白蛋白聚糖糖鏈含量一般少于蛋白質(zhì)，少數(shù)可較多較蛋白質(zhì)部分多糖鏈組成不含糖醛酸，含N-乙酰氨基己糖、甘露糖、半乳糖，末端為唾液酸及巖藻糖主要為糖醛酸、N-乙酰氨基己糖糖基排列大多為分支寡糖鏈二糖分子連成長鏈與肽鏈連接方式O-連接或N-連接一般為O-連接，有時可游離存在分布分布廣泛，細(xì)胞內(nèi)外皆有主要在細(xì)胞外，各種結(jié)締組織基質(zhì)中生理功能作用廣泛，許多粘蛋白、血漿蛋白、膜蛋白等結(jié)構(gòu)蛋白均為糖蛋白以維持結(jié)締組織的功能為主當(dāng)前35頁，總共56頁。細(xì)胞外基質(zhì)

ExtracellularMatrix,ECM第三節(jié)當(dāng)前36頁，總共56頁。細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrix，ECM)分布在各組織細(xì)胞和細(xì)胞間的胞間隙或胞間膜。細(xì)胞外由纖維狀膠原、透明質(zhì)酸、蛋白聚糖和糖蛋白以不同比例組成的細(xì)胞間質(zhì)。當(dāng)前37頁，總共56頁。結(jié)構(gòu)蛋白，如：膠原(collagen)專一蛋白，如：纖連蛋白(fibronectin,Fn)、層粘蛋白(laminin,Ln)蛋白聚糖ECM的主要成分：當(dāng)前38頁，總共56頁。一、膠原膠原(collagen)是結(jié)締組織的主要蛋白質(zhì)成分。分布于骨、皮膚、血管壁、肌腱、韌帶、肌肉、軟骨、角膜等。起支架、維持組織構(gòu)型、機(jī)體運(yùn)動等多項作用。當(dāng)前39頁，總共56頁。（一）膠原的分子組成和分型膠原經(jīng)超速離心后可分得3個組分，即α、β、γ，其中β和γ組分分別是α組分的二聚體和三聚體。α組分又分為α1,α2,α3和α4，它們在氨基酸組成上有所不同，但肽鏈長度近似。當(dāng)前40頁，總共56頁。5型膠原蛋白的結(jié)構(gòu)及組織分布類型肽鏈類型分子形式成分組織分布Iα1(I);α2(I)[α1(I)]2[α2(I)],[α1(I)]3羥賴氨酸較低,聚糖較少,纖維較寬肌腱,骨,皮膚,角膜,韌帶占體內(nèi)膠原蛋白總量90%Ⅱα1(Ⅱ)[α1(Ⅱ)]3羥賴氨酸較高,聚糖較多,纖維較窄軟骨,眼玻璃體,椎間盤Ⅲα1(Ⅲ)[α1(Ⅲ)]3羥賴氨酸較高,羥脯氨酸較高,聚糖較少血管,肌肉,皮膚,內(nèi)臟Ⅳα1(Ⅳ);α2(Ⅳ);α3(Ⅳ);α4(Ⅳ);α4(Ⅳ)[α1(Ⅳ)]2[α2(Ⅳ)]及其它形式羥賴氨酸較高,聚糖較多基底膜Ⅴα2(Ⅴ)α3(V)[α1(Ⅴ)]3[α1(Ⅴ)]2[α2(Ⅴ)][α1(Ⅴ)][α2(Ⅴ)][α3(Ⅴ)]羥賴氨酸較高,聚糖較多平滑肌細(xì)胞,胚胎組織,腹膜,胎盤,皮膚,骨當(dāng)前41頁，總共56頁。（二）膠原蛋白C端非螺旋結(jié)構(gòu)域ⅩⅧ型膠原蛋白C端非螺旋結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列含有內(nèi)皮抑素(endostatin)的全部序列，推測其會產(chǎn)生內(nèi)皮抑素，發(fā)揮抑制內(nèi)皮細(xì)胞生長作用。不同膠原蛋白C端非螺旋結(jié)構(gòu)域能產(chǎn)生不同的內(nèi)源性血管生成抑制劑，它們都有顯著的抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長和遷移、抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移等作用。當(dāng)前42頁，總共56頁。內(nèi)源性血管生成抑制劑來源及分子大小內(nèi)皮抑素(endostatin)ⅩⅧ型膠原C端非螺旋結(jié)構(gòu)域(184aa)休眠蛋白(restin)ⅩⅤ型膠原C端非螺旋結(jié)構(gòu)域(180aa)內(nèi)皮生長抑制蛋白(vastatin)Ⅷ

型膠原C端非螺旋結(jié)構(gòu)域(164aa)阻礙蛋白(arrestin)Ⅳ型膠原α1鏈NC1區(qū)(180aa)腫瘤抑素(tumstatin)Ⅳ型膠原α3鏈NC1區(qū)(180aa)血管能抑素(canstatin)Ⅳ型膠原α2鏈NC1區(qū)(227aa)內(nèi)源性血管生成抑制劑種類和來源當(dāng)前43頁，總共56頁。

由3條肽鏈以α右手螺旋形成繩索樣結(jié)構(gòu)，稱為原膠原（tropocollagen）（三）膠原的氨基酸組成和空間構(gòu)象特點

富含甘氨酸（占1/3）和脯氨酸（占1/4），特含有羥賴氨酸和羥脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少酪氨酸。多顯示為重復(fù)的Gly-Pro-X氨基酸序列。當(dāng)前44頁，總共56頁。3×α-肽鏈原膠原（tropocollagen）原膠原首尾相隨成直線各直線聚體相互交錯平行聚集，彼此形成醛醇共價交聯(lián)膠原微纖維(collagenfibril)膠原纖維(collagenfiber)纖維束I型膠原膠原纖維的組裝當(dāng)前45頁，總共56頁。Ⅰ型膠原蛋白聚合形成帶橫紋的微纖維、膠原纖維和纖維束膠原微纖維當(dāng)前46頁，總共56頁。

原膠原分子的共價交聯(lián)—醛醇交聯(lián)反應(yīng)(CH2)2HCHNCOCH2CH2NH3+賴氨酸(CH2)2CHNHCOCH2CH2+H3N賴氨酸

(CH2)2HCHNCOCH2OCH醛衍生物(CH2)2CHNHCOCH2CHO醛衍生物賴氨酰氧化酶O2當(dāng)前47頁，總共56頁。(CH2)2CHNHCOCH

OHCHNC(CH2)3CHOHCOH醛醇縮和去H2O(CH2)2CHNHCOCCHO

OHCHNC(CH2)3CH當(dāng)前48頁，總共56頁。二、纖連蛋白纖連蛋白(fibronectin,Fn)是廣泛存在于