生物化学糖复合物.ppt
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1、第十八章 糖复合物(Glycoconjugates 与细胞外基质 and Extracellular Matrix),本章教学要求,聚糖的基本结构单糖的结构及连接方式糖蛋白的种类、结构和主要功能蛋白聚糖的分子组成、种类及主要功能糖脂的结构及主要功能,Reverse transcription,中心法则(Central Dogma),Replication,DNA RNA 蛋白质 细胞 生物,DNA RNA 蛋白质 酶 糖 细胞-糖复合物 生物体 脂类,DNA RNA 蛋白质 细胞 生物,几个有关名词聚糖 任何游离的或与另一类分子结合 的糖或糖类组合的通称糖复合物 由单糖、寡糖或多糖与蛋白质或
2、脂类结合而成。包括糖蛋白、糖脂和 蛋白聚糖凝集素 糖识别蛋白,聚糖一般必需与 蛋白质受体相互作用而发挥其功能。,一、什么是糖复合物(glycoconjugates)糖以共价键与蛋白质或脂类结合,形成糖复合物(糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂),糖复合物主要有三种类型糖蛋白、糖脂和 蛋白聚糖与脂类相连;与蛋白质相连,这又分为:N-连接型:聚糖通过N原子与蛋白质或脂类连接 O-连接型:聚糖通过O原子与蛋白质或脂类连接糖复合物功能多样,二、什么是糖生物学(glycobiology)研究与蛋白质或脂类连接的糖(糖链)的分子结构、合成及生物功能的新兴学科核酸和蛋白质研究成就,极大推动了糖生物学发展。,第一节 糖复
3、合物的结构与功能,单糖 是 聚糖 的 基本结构单位,第一节 单糖(2-30)-聚糖的结构,糖是多羟醛或多羟酮,碳水化合物,单糖:是一种不能再被水解,单糖:是一种不能再被水解,一、聚糖分子中单糖的种类及结构,单糖结构(*单糖的英文缩写及代表符号在括号标明),-D-葡萄糖-D-半乳糖 D-甘露糖 D-木糖(Glc,)(Gal,)(Man,)(Xyl,),-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-岩藻糖 唾液酸-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸(GalNAc,)(Fuc,)(SA,)GlcN
4、Ac-UDP,二、聚糖中单糖间连接方式-O-糖苷键 催化糖苷键生成的酶:特异的糖基转移酶,-糖苷键,-糖苷键,糖苷键形成:需要能量,由特异的酶催化。酶-糖基转移酶催化,生物大分子 核酸 蛋白质 聚糖 结构单位 核苷酸 氨基酸 单糖 连接键 3,5-磷酸二酯键 肽键 糖苷键 游离末端 5磷酸,3羟基 氨基端,羧基端 非还原端,还原端 多聚体方向 53 NC 还原端非还原端 寡聚体数*6 6 1056(n=3),2.三种生物大分子结构特点,(*由3个不同的氨基酸、核苷酸和已糖分别通过肽键、磷酸二酯键所组成的寡聚体数目),(三)聚糖的一级结构及空间结构*聚糖的一级结构 指单糖的排列顺序及糖苷键的性质
5、。*聚糖的二级结构 涉及糖环构象、糖苷键旋转角度及 各原子间相互作用等。,二 糖蛋白的结构与功能,定义 糖蛋白由糖与蛋白质通过共价键连接形成。特点 蛋白质含量较多,糖所占比例变动大,表 现为蛋白质的特性。分布 细胞膜、细胞浆、溶酶体及细胞外液 糖基化:蛋白质加工修饰步骤,异常可致多种疾病,一、糖蛋白的分类与结构,糖蛋白分子中聚糖(糖链)与蛋白质的连接形式有:N连接糖链O连接糖链GPI(糖磷脂酰肌醇)连接糖链据此将糖蛋白分为:N连接糖蛋白O连接糖蛋白GPI连接糖蛋白,一、糖蛋白的分类与结构,N-连接:,O-连接:,GPI-连接:,GlcNAc 天冬酰胺,GalNAc 丝氨酸,连接方式,(一)N-
6、连接糖蛋白 定义 糖链N-乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺氮连接,形成N-糖苷键,此种糖链为N-连接糖链。连接点的结构 GlcNAc-N-Asn 糖基化位点 N-连接聚糖中Asn-X-SerThr三个氨基酸残基序列子(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸)。,(一)N-连接糖蛋白,N-连接糖蛋白的糖基化位点(序列子)AsnXSer/Thr,连接点的结构GlcNAc-N-Asn,2.N连接糖链的三种亚型,核心结构,高甘露糖型,杂合型,复杂型,都有一个五糖核心结构,.,3.N-连接糖链的合成,细胞内场所-粗面内质网和高尔基体。糖链的载体-长帖醇催化糖链生成的酶(各种)糖基转移酶糖基供体UDP/GDP-
7、糖基衍生物糖链的合成与肽链的合成同时进行,长帖醇和磷酸长帖醇的结构,IgG分子铰链区聚糖的空间结构,(二)O-连接糖蛋白 定义 糖链的N-乙酰半乳糖胺与多肽链丝氨酸或苏氨酸羟基连接,形成O-糖苷键。连接点的结构 GalNAc-O-SerThr,(二)O-连接糖蛋白,1.O-连接糖蛋白的合成,细胞内场所-粗面内质网和高尔基体。不需糖链载体催化糖链生成的酶(各种)糖基转移酶糖基供体UDP/GDP-糖基衍生物糖链的合成在肽链合成后进行,多数糖蛋白是膜结合蛋白,故O-连接多肽和其他糖蛋白由m-RNA编码。O-糖苷型寡糖链糖基由核苷酸糖提供,糖基转移酶催化每一特异糖苷键合成均需相应特异糖基转移酶的作用催
8、化糖链内部糖基的酶位于内质网,。,两类糖蛋白,黏蛋白(mucins)蛋白多糖(proteoglycans)均含有大量的O-连接聚糖,这两类蛋白质的高度糖基化,赋予其特殊的物理性质,和其功能密切相关,黏蛋白的特性(以人黏蛋白为例):1 分子量巨大 多肽链含1万个氨基酸残基,8个编码基因,有成串的重复序列,其中含Ser及Thr。可以是膜结合或分泌型的分子形成以二硫键连接的寡聚体2 高度粘稠-多种润滑功能所必需3 通过二硫键可形成分支结构,水化后形成胶状4 抗菌性能-黏蛋白及末端结构对细菌有特异的亲和力5 膜型细胞表面黏蛋白还具有调节细胞间黏附作用,IgA分子的O-连接糖链有6种,(三)GPI-连接
9、(锚定)糖蛋白 定义 糖磷脂酰肌醇(GPI)与多肽链连接,此类蛋白质称为GPI-连接糖蛋白,细胞膜的膜蛋白是含有特定寡糖的糖蛋白,其寡糖带有识别信号,决定着细胞间相互作用时的行为,例如对肿瘤学、免疫学的研究具有重大意义。,二、糖蛋白的功能(一)糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和 生物活性的影响 对糖蛋白新生肽链影响:参与新生肽链 折叠并维持蛋白质正确的空间构象;影响亚基聚合,(二)糖蛋白在分子识别和黏附中的作用 1.糖蛋白在细胞-细胞分子识别和黏附 中的作用 2.糖蛋白在细胞-细胞外基质分子识别和 黏附中的作用,4.微生物感染早期,致病微生物的凝集素样物质-黏 附素(adhesin)对识别宿主细
10、胞表面糖结构(配体),5.免疫球蛋白糖基化与自身免疫病,6.糖类药物和疫苗,糖蛋白糖链的功能 3.糖链与酶类的催化活性有关,1.糖蛋白在细胞间分子识别和黏附中的作用,白细胞与内皮细胞的分子识别,三、糖蛋白在医学中的应用,去除小鼠卵细胞透明带中ZP3糖蛋白的糖链,精卵结合受抑制。,许多疾病的发生与糖蛋白糖链的合成和降解,及结构和功能的异常密切相关。如糖蛋白糖链的降解:,内切糖苷酶F(天冬酰胺-N-乙酰葡糖胺糖苷酶)内切糖苷酶H(-N-乙酰葡糖胺糖苷酶)唾液酸酶-半乳糖苷酶-N-乙酰氨基己糖糖苷酶、-甘露糖苷酶-甘露糖苷酶,R,R,R,O,A,B,ABO血型的糖抗原结构,1,3,1,3,1,2,1
11、,2,1,3,1,3,1,3,1,3,1,3,1,2,1,3,糖识别结构域(CRD),Lewis抗原,选择素的结构,Lewis 抗原结构,*整合蛋白 定义 是由和两个亚基构成的异二聚 体糖蛋白,和亚基的分子量为 90-180KD。分布 各种细胞膜 功能 是细胞内外双向交流的桥梁,通过其 所介导的多种信号转导途径引起细胞 的多种生物学功能改变。,整合蛋白(integrin)整合蛋白是由和两个亚基构成的异二聚 体糖蛋白,和亚基的分子量为90-180KD。分布:各种细胞膜功能;:细胞内外双向交流的桥梁,通过其所介导的多种信号转导途径引起细胞的多种生物学功能改变。,整合蛋白的分子结构示意图,三 蛋白聚
12、糖(proteoglycan),定义 由糖胺聚糖和核心蛋白通过共价键连接所形成的糖复合物。特点 高度O-糖基化的蛋白质糖占比例大,占85%以上。具有多糖性质。分布 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。使细胞外基质具有极高的强度;具有特殊的 重复性双糖序列,细胞表面的蛋白多糖可与 生长因子相互作用,一、蛋白聚糖的结构,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,组成,1.糖胺聚糖 糖胺聚糖是己糖胺和己糖醛酸二糖重复单位的 聚合物。6种重要糖胺聚糖:,透明质酸硫酸软骨素硫酸皮肤素硫酸角质素肝素硫酸类肝素,D-GlcUA D-GlcNAc 透
13、明质酸,L-IdoUA(硫酸化)D-GlcN(硫酸化)肝素,2.核心蛋白 定义 与糖胺聚糖共价结合的多肽链。结构 蛋白聚糖通过核心蛋白的特殊结构域,锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。,(3)糖胺聚糖和核心蛋白的连接,软骨可聚蛋白聚糖的结构,蛋白聚糖的功能1.作为细胞外基质的结构组分2.作为各种组织的赋型剂与充盈剂3.与离子结合,吸引大量的水分及电解质4.赋予负重软骨以可压缩性(透明质酸与硫酸软骨素)5.赋予角膜以透明性(硫酸胶质素与硫酸皮肤素)6.抗凝血(肝素)7.作为细胞膜成分、参与细胞粘着、细胞识别以及受体起作用,第四节 糖脂,糖类以糖苷键与脂类连接形成的糖复合物。分类:鞘糖脂、甘油糖
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