1、 序序 言言一、糖生物学（一、糖生物学（glycobiology）正在成为生命）正在成为生命 科学的新前沿科学的新前沿二、糖基化作用（二、糖基化作用（glycosylation）与糖化作用）与糖化作用 （glycation）（一）（一）“糖生物学糖生物学”概念的提出：概念的提出：1988年年 Dwek R.A（牛津大学教授）（牛津大学教授）Annu Rev Biochem 1988;57:785-838Glycobiology.Rademacher TW,Parekh RB,Dwek RA.Department of Biochemistry,University of Oxford,Engl
2、and.Publication Types:Review Review,Academic 糖生物学是以糖链为糖生物学是以糖链为“生物信息分子生物信息分子”的水平上的水平上阐明多细胞生物的高层次生命现象的一门学科。阐明多细胞生物的高层次生命现象的一门学科。G.W.Hart（美国著名糖生物学家（美国著名糖生物学家）：）：“生物化学中最后一个广袤前沿生物化学中最后一个广袤前沿 糖生物糖生物学的时代正在加速来临。学的时代正在加速来临。”（1993年年5月月 在美国旧金山召开的首届在美国旧金山召开的首届国际糖生物学工程会议国际糖生物学工程会议 “人类疾病的新前景人类疾病的新前景”（1993年年9月月 美
3、国美国NIH召开召开首届糖生物学会议首届糖生物学会议）“糖生物学是生物化学和生物医学交叉点的糖生物学是生物化学和生物医学交叉点的新前沿新前沿”（1994年年 美国美国第二届糖生物工程会议第二届糖生物工程会议）（二）糖生物学研究中的一场革命（二）糖生物学研究中的一场革命 1990年年11月，月，3个不同研究小组几乎同时发现血管个不同研究小组几乎同时发现血管内皮细胞内皮细胞-白血球粘附分子（白血球粘附分子（ELAM-1，后改称为，后改称为E-选选择素，择素，E-selectin），这种分子能识别白血球表面），这种分子能识别白血球表面唾液唾液酸化四聚糖酸化四聚糖 sia-Lex（Sia-Gal-Fu
4、c-GlcNAc），它是它是一种血型抗原。一种血型抗原。这是这是首次首次真正在人体内确证了炎症过程有糖类和真正在人体内确证了炎症过程有糖类和相关的糖结合蛋白参与。相关的糖结合蛋白参与。更令人吃惊的是更令人吃惊的是 在肺癌细胞和结肠癌细胞表面也发现同样的四糖在肺癌细胞和结肠癌细胞表面也发现同样的四糖（sia-Lex）。可能同样的机制导致肿瘤的转移。）。可能同样的机制导致肿瘤的转移。继之，产生以该研究成果被产业化的热潮继之，产生以该研究成果被产业化的热潮，“糖糖工程工程”（glycotechnology）也运应而生。也运应而生。“糖工程糖工程”研究的是糖生物学的方法论和基本技研究的是糖生物学的方法
5、论和基本技术，以及把基础研究获得的知识进一步转化为生产技术，以及把基础研究获得的知识进一步转化为生产技术等。术等。1998年在德国召开的国际糖生物学讨论会上又更年在德国召开的国际糖生物学讨论会上又更改为改为糖生物工程（糖生物工程（glycobiotechnology）。（三）发达国家政府对糖生物学研究的支持：（三）发达国家政府对糖生物学研究的支持：英国：英国：牛津大学牛津大学 Raymond Dwek 教授曾在教授曾在1988年在年在“生化年鉴生化年鉴”上发表了题为上发表了题为 Glycobiology 的综的综述，开创了述，开创了“糖生物学糖生物学”研究的新纪元。研究的新纪元。1991年牛津
6、大学创刊了年牛津大学创刊了 Glycobiology 专业杂志专业杂志 1992年建立年建立糖生物学研究所糖生物学研究所。日本：日本：1989年，创办年，创办“糖科学与糖工程动态糖科学与糖工程动态”杂志，杂志，同年政府提出同年政府提出“糖工程基础与应用研究推进战略糖工程基础与应用研究推进战略”，并，并实施实施“糖工程前沿计划糖工程前沿计划”，该计划包括：糖工程、糖分，该计划包括：糖工程、糖分子生物学和糖细胞生物学，子生物学和糖细胞生物学，总投资达百亿日元总投资达百亿日元。美国：美国：1986年，政府资助佐治亚大学创建年，政府资助佐治亚大学创建“复合糖类研究中心复合糖类研究中心”（CCRC），）
7、，并建立数据库并建立数据库和提出和提出“糖库计划糖库计划”。每二年召开一次。每二年召开一次“糖工程糖工程”会议，明确提出会议，明确提出”生物化学中最后一个重大前沿，生物化学中最后一个重大前沿，糖生物学的时代正在加速来临糖生物学的时代正在加速来临。欧盟：欧盟：1994-1998年间也提出了年间也提出了“欧洲糖类研欧洲糖类研究开发网络究开发网络”计划，企图在该领域的基础研究与计划，企图在该领域的基础研究与产业化开发上与美、日抗衡。产业化开发上与美、日抗衡。（四）重大突破（四）重大突破和与现代医药学的密切关系和与现代医药学的密切关系1、糖类作为信息分子在受精、发生、发育、分化，、糖类作为信息分子在受
8、精、发生、发育、分化，神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起重要神经系统和免疫系统衡态的维持等方面起重要 作用。作用。2、炎症和自身免疫疾病、衰老、癌细胞的异常增、炎症和自身免疫疾病、衰老、癌细胞的异常增 殖与转换和病原体感染等生理和病理过程都有殖与转换和病原体感染等生理和病理过程都有 糖类的介导。糖类的介导。21世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释，因此糖类研究必将成为生高层次生命现象的解释，因此糖类研究必将成为生命科学的新前沿。命科学的新前沿。二、糖基化作用（二、糖基化作用（glycosylationglycosylation）与糖
9、化作用）与糖化作用（glycationglycation）糖基化作用糖基化作用是指单糖、寡糖或多糖链可由是指单糖、寡糖或多糖链可由酶催化与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位酶催化与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位共价结合形成糖复合物的过程。共价结合形成糖复合物的过程。糖化作用糖化作用是由还原糖上的是由还原糖上的-CHO-CHO基与蛋白质基与蛋白质或核酸分子上的游离氨基间形成西夫氏碱，经过或核酸分子上的游离氨基间形成西夫氏碱，经过AmadoriAmadori重排后生成早期糖化产物，再经过脱水和重排后生成早期糖化产物，再经过脱水和重排产生一些带有棕黄色荧光的晚期终末糖化产物重排产生一些带有棕黄色荧光
10、的晚期终末糖化产物（advanced glycated endproducts,AGEadvanced glycated endproducts,AGE）的过程，）的过程，所以也称所以也称非酶糖化反应非酶糖化反应或或MillardMillard反应。反应。参参 考考 书书Ajit Vark,et al:“Essentials of Glycobiology”陈惠黎等：陈惠黎等：“糖复合物的结构和功能糖复合物的结构和功能”方福德等：方福德等：“分子生物学前沿技术分子生物学前沿技术”糖糖 的的 化化 学学 （chemistry of carbohydrate)一、单糖分子结构特点一、单糖分子结构特
11、点 （一）构型（一）构型D 型和型和 L 型：型：定位定位编号最高的手性碳原子编号最高的手性碳原子的构型与甘油醛比的构型与甘油醛比较，或较，或 D 型或型或 L型。型。CHO HC*OH CH2OH CHO HOC*H CH2OHD-(+)-甘油醛甘油醛L-(-)-甘油醛甘油醛D D-型和型和 L L-型甘油醛的结构型甘油醛的结构 CHO HCOH HOCH HC HO HC*OH CH2OH CHO OHCH HCHO HC HO OHC*H CH3D-葡萄糖葡萄糖 D-甘油醛甘油醛 L-岩藻糖岩藻糖糖糖开开 链链 结结 构构 CHO HC*OH CH2OHOOH HH OHOHHOCH2O
12、HHH-D-葡萄糖葡萄糖OH OHOH HOHHOCH3HH-L-岩藻糖岩藻糖Haworth式结构式结构OCH2OHHHHOOHHHHOHOHOHOHHOHHHOHHOH-D-葡萄糖葡萄糖葡葡 萄萄 糖糖 椅椅 型型 结结 构构HHCH3 -L-岩藻糖岩藻糖 H OH C*HCOH HOCH O HCOH HC*CH2OH -D-葡萄糖葡萄糖 -L-岩藻糖岩藻糖D-型葡萄糖环状结构型葡萄糖环状结构 H OH C*HOCH O HCOH HCOH C*CH3-构型和构型和 -构型：构型：环状结构使环状结构使C1位成为手性碳，位成为手性碳，C1位的半缩醛位的半缩醛羟基与羟基与C5位的羟基处位的羟基
13、处同侧同侧为为-构型构型，反之则，反之则-构型。构型。H OH C*HCOH HOCH O HCOH HC*CH2OH -D-葡萄糖葡萄糖D-型葡萄糖环状结构型葡萄糖环状结构 HO H C*HCOH HOCH O HCOH HC*CH2OH -D-葡萄糖葡萄糖OOH HH OHOHHOCH2OHHH -D-(+)-葡萄糖葡萄糖OOH HH OHOHHOHHH -D-(+)-葡萄糖葡萄糖D-型葡萄糖型葡萄糖Haworth式结构式结构OCH2OHHHHOOHHHHOHOHOCH2OHHHHOOHHHHOHOH-D-葡萄糖葡萄糖 -D-葡萄糖葡萄糖葡葡 萄萄 糖糖 椅椅 型型 结结 构构HCH2OH
14、OOH HH OHHHOCH2OHOHH -D-葡萄糖（葡萄糖（Glc）OOH OHH HOHHOCH2OHHH -D-甘露糖（甘露糖（Man）OOH HH OHHHCH2OHOHHO -D-半乳糖（半乳糖（Gal）葡葡 萄萄 糖糖 的的 立立 体体 异异 构构 体体（二）立体异构体（二）立体异构体（三）衍生糖（三）衍生糖OH OHOH HHHHOHHOCH3L-岩藻糖（岩藻糖（Fuc）OOH HH NH-CO-CH3HHOCH2OHOHHN-乙酰乙酰-D-葡萄葡萄糖胺（糖胺（GlcNAc）OOH HH NH-CO-CH3HHCH2OHOHHON-乙酰乙酰-D-半乳糖半乳糖胺（胺（GalNAc
15、）甲基糖类甲基糖类氨氨 基基 糖糖 类类HHHHHOOH HH OHHHOCOOHOHHOOH HH OHHHOCOOHOHHHH葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸L-艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸糖糖 醛醛 酸酸 类类CHOH|CHOH|CH2OHOHCOOHOHOHHHHHH3C-CO-NHHO-H3C-CO-NHCHOH|CHOH|CH2OHOHCOOHOHOHHHHHN-乙酰乙酰-神经氨酸（神经氨酸（NeuAc）N-羟羟乙酰乙酰-神经氨酸（神经氨酸（NeuGc）唾唾 液液 酸酸 类类二、单糖间的连接二、单糖间的连接 糖苷键糖苷键 糖复合物的糖链，在其糖苷键的连接中，必糖复合物的糖链，在其糖苷键的连接中，必有一
16、个是有一个是半缩醛羟基半缩醛羟基，另一个，另一个醇羟基醇羟基。按照半缩。按照半缩醛羟基是醛羟基是-或或 -，糖苷键可分为，糖苷键可分为 -糖苷键或糖苷键或 -糖苷键，再标明其连接部位。糖苷键，再标明其连接部位。如：如：OOH HH NH-CO-CH3HCH2OHOHHN-乙酰乙酰-D-葡萄葡萄糖胺（糖胺（GlcNAc）HOOHH HHCH2H -D-甘露糖（甘露糖（Man）H142356142365OOOH OHH HHHOCH2OHHH142365 -D-甘露糖（甘露糖（Man）O还原端还原端非还原端非还原端-1,4-1,4 糖苷键糖苷键 -1,3 -1,3 糖苷键糖苷键OHOOH OHH
17、HHHOCH2OHHH142365O -1,6 -1,6 糖苷键糖苷键 -D-甘露糖（甘露糖（Man）糖链结构的复杂性：糖链结构的复杂性：核酸和蛋白质可以储存大量的生物信息，是以分核酸和蛋白质可以储存大量的生物信息，是以分子量大为基础，而糖类作为信息分子则是以其结构多子量大为基础，而糖类作为信息分子则是以其结构多样性为特征。样性为特征。单糖和氨基酸（核苷酸）形成异构体数目的比较单糖和氨基酸（核苷酸）形成异构体数目的比较单体种类和数目单体种类和数目 肽（多核苷酸）肽（多核苷酸）糖类异构体数目糖类异构体数目 类异构体数目类异构体数目XXXYXXXXYZ113617610561216三、自然界中糖类
18、存在形式三、自然界中糖类存在形式 游离糖：游离糖：单糖（及其衍生物）、寡糖、聚（多）糖单糖（及其衍生物）、寡糖、聚（多）糖 结合糖（糖复合物或糖结合物）结合糖（糖复合物或糖结合物）指糖类与蛋白质指糖类与蛋白质 （多肽）或脂类共价结合的复合物，如：（多肽）或脂类共价结合的复合物，如：糖蛋糖蛋 白、蛋白聚糖、糖脂和脂多糖白、蛋白聚糖、糖脂和脂多糖 近年来，发现的一类新的糖复合物，即由糖类、脂近年来，发现的一类新的糖复合物，即由糖类、脂 类和蛋白质三者组成，被称为糖基化磷脂酰肌醇蛋白类和蛋白质三者组成，被称为糖基化磷脂酰肌醇蛋白 （glycosyl-phosphatidyl inositol pro
19、tein），），简称简称GPI蛋蛋白。这类结合蛋白通过白。这类结合蛋白通过GPI的脂肪酸插入膜脂双层的外的脂肪酸插入膜脂双层的外层，被锚固在膜上。层，被锚固在膜上。NH CH2 CH2 O -O-P=O O 62Man 12Man 16 Man 14GlcNH2 1O O -O-P=O O CH2 CH2 NH2HOOHOHOH O -O-P=O O CH2-CH-CH2 R2 R1 O O-C-(CH2)14-CH3R4R3NH2-蛋白质蛋白质-C=O+/-+/-额外的额外的磷酸乙醇胺磷酸乙醇胺+/-+/-额外的额外的棕榈酰基棕榈酰基磷酸乙醇胺桥磷酸乙醇胺桥6R1和和 R2:饱和脂酸（少饱和
20、脂酸（少 数不饱和）数不饱和）R3和和 R4:糖基或糖链糖基或糖链PPGlcNAcPGlcNH2GlcNAc-UDP UDPAcPGlcNH2-(Man）3Dol-P-Man X 3 Dol-PPMan-(Man）2-GlcNH2PEtNHOPEtNPROH内质网内质网PRGPI 的生物合成的生物合成NNCPMan-(Man）2-GlcNH2PEtNPMan-(Man）2-GlcNH2PEtNN腔面腔面细胞质细胞质有有关关合合成成酶酶系系GPI蛋白质的分类：蛋白质的分类：1、细胞表面的水解酶：、细胞表面的水解酶：碱性磷酸酯酶、乙酰胆碱酯酶、二肽酶碱性磷酸酯酶、乙酰胆碱酯酶、二肽酶 2、原虫外表
21、的抗原蛋白：、原虫外表的抗原蛋白：锥虫可变表面蛋白、疟原虫裂殖体表锥虫可变表面蛋白、疟原虫裂殖体表 面蛋白抗原面蛋白抗原3、淋巴样抗原：、淋巴样抗原：脊椎动物脑和啮齿类动物胸腺细胞的脊椎动物脑和啮齿类动物胸腺细胞的Thy-1 抗原抗原 4、粘着分子：、粘着分子：神经原的神经原的NCAM-120、大鼠肝硫酸类肝素蛋白聚糖、大鼠肝硫酸类肝素蛋白聚糖 5、GPI化的小肽：化的小肽：小细胞肺癌的细胞表面一种抗原，可作为小细胞肺癌的细胞表面一种抗原，可作为CD -24信号转导分子信号转导分子6、GPI相连的蛋白聚糖：相连的蛋白聚糖：glypican MW=6.2万万 558个氨基酸残个氨基酸残 基基 含
22、含4条条HS（硫酸肝素）糖链（硫酸肝素）糖链（3条在条在C端，端，1条在条在N端）端）7、其他：、其他：衰变加速因子（衰变加速因子（decay accelerating factor，DAF）、）、人癌胚抗原（人癌胚抗原（CEA）GPI 结合蛋白的主要生理功能结合蛋白的主要生理功能一、与免疫及神经细胞活化一、与免疫及神经细胞活化二、与信息传递的关系二、与信息传递的关系三、与受体三、与受体糖糖 蛋蛋 白白（glycoprotein）一、糖蛋白糖链结构的特征一、糖蛋白糖链结构的特征（一）糖链与肽链的连接方式及其分型（一）糖链与肽链的连接方式及其分型O O NHN-C-CH2-CH C=ONHC=O
23、CH3CH2OHO NHO-CH2-CH C=ONHC=OCH3CH2OHSer/Thr残基残基Asn残基残基-GlcNAc-GalNAc图图3-1 N-3-1 N-糖苷键和糖苷键和O-O-糖苷键连接方式糖苷键连接方式OHOHN-连接（寡）糖链（简称连接（寡）糖链（简称N-糖链）糖链）O-连接（寡）糖链（简称连接（寡）糖链（简称O-糖链）糖链）罕见的糖链与肽链的连接方式罕见的糖链与肽链的连接方式 连连 接接 方方 式式 举举 例例N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖 丝氨酸丝氨酸/苏氨酸苏氨酸 细胞质和核中糖蛋白细胞质和核中糖蛋白半乳糖基半乳糖基 羟脯氨酸羟脯氨酸 阿拉伯半乳聚糖蛋白、藻类阿拉伯半
24、乳聚糖蛋白、藻类 细胞壁糖蛋白细胞壁糖蛋白半乳糖基半乳糖基 丝氨酸丝氨酸 马铃薯凝集素、藻类细胞壁马铃薯凝集素、藻类细胞壁 糖蛋白、地蚕表皮胶原糖蛋白、地蚕表皮胶原甘露糖基甘露糖基 丝氨酸丝氨酸/苏氨酸苏氨酸 酵母聚甘露糖真菌糖肽、酵母聚甘露糖真菌糖肽、Clamworm表皮胶原表皮胶原L-岩藻糖岩藻糖 苏氨酸苏氨酸 人尿糖肽、大鼠糖蛋白人尿糖肽、大鼠糖蛋白半乳糖半乳糖 半胱氨酸半胱氨酸（S-糖苷键）糖苷键）人尿糖肽人尿糖肽葡萄糖葡萄糖 半胱氨酸半胱氨酸（S-糖苷键）糖苷键）鳕变态反应原鳕变态反应原 M、红细胞、红细胞 膜糖肽膜糖肽（二）（二）N-连接糖链和连接糖链和O-连接糖链连接糖链 1、N
25、-连接糖链的结构特点连接糖链的结构特点Man Man ManMan Man ManMan Man Man GlcNAc GlcNAc Asn高甘露糖型高甘露糖型 SA SA Gal GalGlcNAc GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAc Asn FucGlcNAc杂交型杂交型复合型复合型 GalGlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAc AsnGlcNAcMan Man 1,4 1,4 1,3 1,6 1,4 1,4 1,4 1,4 1,3 1,6 1,6 1,3 1,4 1,4 1,6SAGal SA SA GlcNAc Gal GalMa
26、n GlcNAc GlcNAc Man GlcNAc GlcNAc AsnSAGal GlcNAc ManMan GlcNAc AsnGal GlcNAc 几种特殊的几种特殊的N-连接糖连结构连接糖连结构 A：大鼠肝细胞膜糖蛋白的糖肽：大鼠肝细胞膜糖蛋白的糖肽 B：人红细胞膜唾液酸糖蛋白的糖肽：人红细胞膜唾液酸糖蛋白的糖肽 2、O-连接糖链的结构特点连接糖链的结构特点（1）O-GalNAc糖链糖链（2）O-GlcNAc糖链糖链 Gal 1 3GalNAc-Ser/Thr Gal 1 GlcNAc 1 GlcNAc 1 3GalNAc-Ser/Thr GlcNAc 1 GlcNAc 1 GlcN
27、Ac 1 3GalNAc-Ser/Thr GlcNAc 1 3GalNAc-Ser/ThrGalNAc-Ser/Thr36GalNAc-Ser/Thr361、仅存在于细胞质和细胞核中、仅存在于细胞质和细胞核中2、糖基化位点只连接有、糖基化位点只连接有1个个GlcNAc糖基糖基3、糖基化处动态平衡、糖基化处动态平衡OCH2OHHHAcNHOHHHOHOH -D-葡萄糖葡萄糖OCH2OHHHAcNHOHHHOHOH -D-葡萄糖葡萄糖TyrSerProThrSerProSerO-GlcNAc TransferaseO-GlcNAcaseO-GlcNAc 结构图解结构图解 GlcNAc UDP3HG
28、al+GlcNAc 3HGal UDP+GalactosyltransferaseNEUCLEAR PROTEINSNuclear pore proteinsRNA polymerase IIMany transcription factorsC-Myc oncoproteinv-Erb-a oncoproteinP53 tumor suppressorSV40 T antigenTyrosine phosphataseMany chromatin proteinsEstrogen receptorsFungal DNA-binding proteins 已确定的已确定的GlcNAc糖基化蛋白
29、质糖基化蛋白质（）（）CYTOSKETETAL PROTEINSCytokeratins 13，8，18neurofilaments H，M，Lhuman erythrocyte Band 4.1Synapsin Imany synaptic vesicle proteinsMAPstauTalinvinculinClathrin assembly protein AP3Apasia已确定的已确定的GlcNAc糖基化蛋白质糖基化蛋白质（）（）OTHER PROTEINS92-KD Ser proteinP43/hnRNPadenovirus fiberhuman CMV UL32rotavir
30、us N526 protein baculovirus gp41 tegument proteinp67 translation redulation proteinmalarial proteinstrypanosome proteinsgiardia proteinsE.Histolytica proteinsschitosome proteins已确定的已确定的GlcNAc糖基化蛋白质糖基化蛋白质（3 3）（三）糖基化位点（三）糖基化位点 N-N-糖链的糖基化位点糖链的糖基化位点特异的氨基酸序列（也称序列子）：特异的氨基酸序列（也称序列子）：Asn X-Ser/Thr X 可以是可以是
31、Pro 以外的任何氨基酸。序以外的任何氨基酸。序列中列中X位氨基酸的性质可能与合成的糖链结位氨基酸的性质可能与合成的糖链结构有关。构有关。极性氨基酸极性氨基酸 复杂型糖链复杂型糖链 非极性氨基酸非极性氨基酸 高甘露糖型糖链高甘露糖型糖链OCH2OHNHC=OCH3OH-GlcNAc H2C O CH-R2 C NH C CHHN C CH NH C O R1 O O HC N H OHAsn除除ProPro外任外任何氨基酸何氨基酸Ser/ThrOHS/L-SS/L-S*-T-T*-T-T*-E/G-V-A-M-H-T-E/G-V-A-M-H-T*-T-T*-T-T*-S-S*-S-S-V-S-
32、S-S-V-S*-K-S-K-S*-O-GalNAc 糖链的糖基化位点糖链的糖基化位点人红细胞膜上血型糖蛋白人红细胞膜上血型糖蛋白A的的N-端序列端序列与糖基化位点与糖基化位点特点：特点：1、分子表面、分子表面 2、Ser/Thr比较集中的序列比较集中的序列 常见四类常见四类O-GalNAc糖基化位点序列结构糖基化位点序列结构 1、-T-X-X-X-，其中有其中有1个个X为为Thr 2、-X-P-X-X-X-，其中有其中有1个个X为为Thr 3、-X-X-T-X-，其中有其中有1个个X为碱性氨基酸残基为碱性氨基酸残基 4、-S-X-X-X-，其中有其中有1个个X为为Ser（四）糖链的微观不均一
33、性（糖型）（四）糖链的微观不均一性（糖型）糖蛋白糖蛋白分型分型 A 型型 非糖蛋白非糖蛋白 B 型型高甘露糖型高甘露糖型 C 型型复杂型复杂型 D 型型复杂型复杂型 注：注：BP-RNase 的的34位上位上N-糖链结构差异糖链结构差异IgG的的Fc段段Asn297上可能有上可能有30余种糖链结构余种糖链结构注：注：S 唾液酸唾液酸 G 半乳糖半乳糖 N N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖 M 甘露糖甘露糖 F 岩藻糖岩藻糖S-G-N-M F N-M-N-N-AsnS-G-N-MS-G-N-M F N-M-N-N-Asn G-N-M G-N-M F N-M-N-N-Asn G-N-MS-G-N-
34、M F M-N-N-AsnS-G-N-MS-G-N-M F M-N-N-Asn G-N-M G-N-M F M-N-N-Asn G-N-M G-N-M F M-N-N-Asn N-M M F M-N-N-Asn N-MN-1N-2N-10N-15二、糖链的生物合成二、糖链的生物合成（一）基本特点（供体、受体和糖基转移酶）（一）基本特点（供体、受体和糖基转移酶）1、糖基供体、糖基供体 核苷酸形式核苷酸形式 如：如：UDP（Glc、GlcNAc、Gal、GalNAc、Xyl、Ara、GlcUA 和和 IduUA）GDP（Man 和和 Fuc）CMP（NeuAc）磷酸长（多）萜醇（磷酸长（多）萜醇（
35、dolichol，Dol）如：如：Dol-P-P（Man、Glc 和和 GlcNAc）磷酸长（多）萜醇的合成过程：磷酸长（多）萜醇的合成过程：乙酸乙酸HMGCoA异戊烯焦磷酸异戊烯焦磷酸法尼基焦磷酸法尼基焦磷酸多萜醇多萜醇磷酸多萜醇磷酸多萜醇 CH3 CH3 CH3 CH3-C=CH-CH2-CH2-C=CH-CH2n-CH2-CH-CH2-CH2-O-P-O-糖基糖基 （n=15-19）磷酸长萜醇结构式磷酸长萜醇结构式2 2、受体、受体 糖基第一受体通常是肽链中特定氨基酸残基。糖基第一受体通常是肽链中特定氨基酸残基。糖链延长时，新接上糖基的几个羟基都可以是下一糖糖链延长时，新接上糖基的几个羟
36、基都可以是下一糖 基的接受体，可形成分支。基的接受体，可形成分支。3 3、糖基转移酶、糖基转移酶 N-N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶（乙酰氨基葡萄糖基转移酶（GlcNAc TGlcNAc T）种类种类 功能特点功能特点 糖基供体糖基供体 1I 2II 3III 4IV 5V 6VI 7 8五糖核心区的五糖核心区的GlcNAc的转移的转移 五糖核心区内不同五糖核心区内不同 Man或或同一同一Man上不同位置的上不同位置的GlcNAc的转移的转移 外围链外围链Gal上上GlcNAc的转移，的转移，进而形成重复的进而形成重复的(Gal-GlcNAc)n的的结构结构Dol-P-P-GlcNAcUDP-Gl
37、cNAcMan 14 GlcNAc-64 3GlcNAc T-I GlcNAc 1GlcNAc T-II GlcNAc 1GlcNAc T-III GlcNAc 1GlcNAc T-IV GlcNAc 1GlcNAc T-V GlcNAc 1GlcNAc T-VI GlcNAc 1Man 1Man 1 64 242五糖核心区五糖核心区（二）（二）N-糖链的生物合成糖链的生物合成 （内质网和高尔基体，两个阶段，为伴翻译）（内质网和高尔基体，两个阶段，为伴翻译）第一阶段：第一阶段：G-寡糖寡糖-脂质中间体的合成和转移脂质中间体的合成和转移 （内质网）（内质网）第二阶段：第二阶段：糖链的后加工和各型
38、糖链的后加工和各型N-糖链的成熟糖链的成熟 （内质网和高尔基体）（内质网和高尔基体）Glc Glc Glc Mane Mang Mani Mand Manf Manh Manb Manc Mana GlcNAc GlcNAc -P-P-Dol(Glc)3(Man)9(GlcNAc)2-P-P-Dol 1,2 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2 1,3 1,6 1,6 1,3 1,4 1,4GDP-Man +P-DolMan-P-Dol+GDPUDP-Glc +P-DolGlc-P-Dol +UDP反应（反应（1）反应（反应（2）G-寡糖合成的基本特点：寡糖合成的基本特点：1、第一个
39、、第一个Man是是-异头体连接，其余异头体连接，其余Man均为均为-异异头体连接，方式可以是头体连接，方式可以是 13，或，或 16 和和 12。2、前、前5个个 Man 供体都是供体都是GDP-Man，后，后4个个 Man 供体供体为为Dol-P-Man，反应在内质网膜的两侧进行。，反应在内质网膜的两侧进行。3、末端、末端3个个Glc 有两种连接方式，即有两种连接方式，即 13或或 12。4、衣霉素（、衣霉素（tunicamycin）可以抑制）可以抑制 G-寡糖的合成。寡糖的合成。N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺尿苷尿苷(Glc)3(Man)9(GlcNAc)2(Glc)3(Man)9(GlcN
40、Ac)2AsnP-P-Dol寡糖转移酶寡糖转移酶-Asn-P-P-Dol1、高甘露糖型糖链的成熟、高甘露糖型糖链的成熟（1）切除）切除3个个Glc后，剩余部分后，剩余部分Man即可，如：大豆凝集素即可，如：大豆凝集素（2）根据需要切除部分）根据需要切除部分Man（次序是（次序是g、e、i、d 和和 f、h），），在通过在通过Man T连接必要的连接必要的Man形成各种高甘露糖型糖链。形成各种高甘露糖型糖链。Mane Mang Mani Mand Manf Manh Manb Manc Mana GlcNAc GlcNAc -P-P-Dol 1,2 1,2 1,2 1,2 1,3 1,6 1,6
41、 1,3 1,4 1,4Glc Glc Glc 水解水解2、杂合型糖链的成熟、杂合型糖链的成熟 切除切除 g、e、i、d 后，在后，在 b 位接上位接上(GlcNAc-Gal)n 和和NeuAc，并可形成分支。，并可形成分支。Manf Manh Manb Manc Mana GlcNAc GlcNAc -P-P-Dol 1,3 1,6 1,6 1,3 1,4 1,4(Glc)3 Mane、Mang、Mani 和和 MandNeuAc GalGlcNAc n水解水解水解水解3、复杂型糖链的成熟、复杂型糖链的成熟 切除切除 g、e、i、d 位位Man，在，在 b 位位Man上连接上连接(GlcNA
42、c-Gal)n 和和 NeuAc后，可形成分支。再进一步切除后，可形成分支。再进一步切除 f 和和 h 位位Man，并连接并连接(GlcNAc-Gal)n 和和 NeuAc，也可形成分支。，也可形成分支。Manb Manc Mana GlcNAc GlcNAc -P-P-Dol 1,6 1,3 1,4 1,4(Glc)3 Mane、Mang、Mani 和和 Mand水解水解水解水解Manf、Manh水解水解NeuAc（Fuc）GalGlcNAcnNeuAc（Fuc）GalGlcNAcn高甘露糖型糖链的成熟高甘露糖型糖链的成熟杂合型和复杂型糖链的成熟杂合型和复杂型糖链的成熟 糖链合成的终止信号糖
43、链合成的终止信号 一般认为外围链的一般认为外围链的-Fuc 或或-NeuAc（三）（三）O-糖链的生物合成糖链的生物合成 （主要在高尔基体，芽生式合成，为翻译后加工）（主要在高尔基体，芽生式合成，为翻译后加工）（四）溶酶体酶的糖基化（四）溶酶体酶的糖基化 （Man-6-P识别信号）识别信号）Mane Mang Mani Mand Manf Manh Manb Manc Mana GlcNAc GlcNAc -Asn-1,2 1,2 1,2 1,2 1,3 1,6 1,6 1,3 1,4 1,4水解水解(Glc)3 Mane Mani Mand Manf Manh Manb Manc Mana
44、GlcNAc GlcNAc 1,2 1,2 1,2 1,3 1,6 1,6 1,3 1,4 1,4-PP-Asn-Mang甘露糖苷水解酶甘露糖苷水解酶（ER）Man-6-P生成反应：生成反应：ManMan6-P-GlcNAcMan-6-PGlcNAc磷酸转移酶磷酸转移酶UDP-GlcNAc UMPH2O GlcNAc三、糖链的降解和代谢病三、糖链的降解和代谢病 降解场所降解场所:溶酶体内溶酶体内 降解方式：降解方式：（一）（一）N-糖链的降解糖链的降解含含N-糖链的肽链糖链的肽链一定长度含一定长度含N-糖链的肽片段（糖肽）糖链的肽片段（糖肽）切除五糖核心区的切除五糖核心区的FucN-糖链糖链-
45、GlcNAcGlcNAc-Asn各种单糖基及其衍生物各种单糖基及其衍生物GlcNAc +肽片段肽片段各种氨基酸各种氨基酸+蛋白水解酶蛋白水解酶部分蛋白肽链降解在先部分蛋白肽链降解在先岩藻糖苷酶岩藻糖苷酶GlcNAc酶酶 F各种外切糖苷酶各种外切糖苷酶肽肽-N-聚糖水解酶聚糖水解酶 F（PNG酶酶 F，peptide-N-glycanase F)专一性水解酶专一性水解酶（二）（二）O-糖链的降解糖链的降解 视糖链的多寡而言。一般糖链不多者，糖视糖链的多寡而言。一般糖链不多者，糖链和肽链降解同时进行；糖链较高者，则糖链链和肽链降解同时进行；糖链较高者，则糖链降解进行在前，尤其是降解进行在前，尤其是
46、NeuAc，肽链降解在后。，肽链降解在后。（三）糖链增多症（三）糖链增多症 也称溶酶体贮积性疾病（也称溶酶体贮积性疾病（lysosomal storage diseases），大多数为常染色体隐性遗传病。其原因可能），大多数为常染色体隐性遗传病。其原因可能是：是：酶蛋白合成的缺陷酶蛋白合成的缺陷 酶蛋白不能糖基化或磷酸化，不能定向投送到溶酶体酶蛋白不能糖基化或磷酸化，不能定向投送到溶酶体 投送到溶酶体过程中，出现异常，如投送到溶酶体过程中，出现异常，如Man-6-P受体结受体结 合能力变弱合能力变弱四、糖蛋白糖链的生物学功能四、糖蛋白糖链的生物学功能（一）常用的研究策略（一）常用的研究策略（）
47、比较不同糖链的同种糖蛋白的生物学活性。（）比较不同糖链的同种糖蛋白的生物学活性。（）应用内切和外切糖苷酶观察糖链或糖链中（）应用内切和外切糖苷酶观察糖链或糖链中 某些糖基的生物学功能。某些糖基的生物学功能。（）应用糖链合成或加工抑制剂，可在细胞水（）应用糖链合成或加工抑制剂，可在细胞水 平研究整条糖链的生物学功能，或研究不平研究整条糖链的生物学功能，或研究不 同糖链类型对糖蛋白代谢和功能。同糖链类型对糖蛋白代谢和功能。主要抑制剂：主要抑制剂：衣霉素（衣霉素（tunicamycin）抑制整条糖链的合成抑制整条糖链的合成castanospermine(CS)deoxynojirimycin(DNM
48、)deoxymannojirimycin(DMM)e swainsonie(SW)抑制抑制-葡萄糖苷酶和葡萄糖苷酶和 II抑制抑制-甘露糖苷酶和甘露糖苷酶和 II（）应用基因（）应用基因DNA定点突变技术，研究整条糖定点突变技术，研究整条糖 链功能：链功能：为维持蛋白质构象不改变，糖基化位点氨基为维持蛋白质构象不改变，糖基化位点氨基酸拟以相同性质氨基酸取代较妥。酸拟以相同性质氨基酸取代较妥。（）应用糖基转移酶的基因工程技术，可以观（）应用糖基转移酶的基因工程技术，可以观 察糖链加工的某过程发生障碍和某一糖基察糖链加工的某过程发生障碍和某一糖基 缺失，或过度表达时对糖链生物学功能的缺失，或过度表
49、达时对糖链生物学功能的 影响。影响。常用基因剔除（常用基因剔除（knockout）、反义核酸封闭）、反义核酸封闭或转基因技术。或转基因技术。（）利用糖基化过程不同步骤异常的细胞突变（）利用糖基化过程不同步骤异常的细胞突变 株，根据细胞行为的改变来研究不同结构株，根据细胞行为的改变来研究不同结构 糖链的功能。糖链的功能。例如：例如：中国仓鼠卵巢细胞（中国仓鼠卵巢细胞（CHO）的）的Lec1和和株，分别缺失株，分别缺失 GlcNAc T II 和和 V，Lec 29 和和 30 则可过度表达则可过度表达 1，3 Fuc T。例如：例如：幼仓鼠肾细胞（幼仓鼠肾细胞（BHK）的）的RicR15和和19
50、株，是缺失株，是缺失-甘露糖苷酶甘露糖苷酶 II的细胞株。的细胞株。（二）寡糖链的主要功能（二）寡糖链的主要功能 1、在维持糖蛋白分子构象及其细胞内转运中的、在维持糖蛋白分子构象及其细胞内转运中的作用作用 （1）影响新生肽链正确折叠和亚基聚合影响新生肽链正确折叠和亚基聚合 举例（举例（1）：）：G-寡糖链中寡糖链中3个个Glc基对肽链折叠至关重要。基对肽链折叠至关重要。(Man)9(GlcNAc)2-AsnUDP-Glc：糖蛋白：糖蛋白葡萄糖基转移酶葡萄糖基转移酶UDP-Glc UDP Glc-(Man)9(GlcNAc)2-Asn（单葡萄糖十二糖基（单葡萄糖十二糖基 糖链）糖链）内质网上内质
