第19章糖蛋白蛋白聚糖和细胞外基质精.ppt

第19章糖蛋白蛋白聚糖和细胞外基质第1页，本讲稿共51页糖类单糖多糖糖复合物(glycoconjugates)糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂(glycolipids)第2页，本讲稿共51页糖蛋白糖蛋白GlycoproteinGlycoprotein第一节第3页，本讲稿共51页一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。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、溶酶体、细胞外液n糖蛋白第4页，本讲稿共51页葡萄糖葡萄糖(Glu)半乳糖半乳糖(Gal)甘露糖甘露糖(Man)N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)岩藻糖岩藻糖(Fuc)N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuAc)（一）糖蛋白聚糖分为N-连接和O-连接型两种一、糖蛋白糖链的结构n聚糖中单糖的种类：第5页，本讲稿共51页n 糖蛋白糖链的N-连接型和O-连接型 连接方连接方式式N-连接：O-连接：第6页，本讲稿共51页（二）N-连接糖蛋白的糖基化位点为Asn-X-Ser/Thr糖蛋白的糖链与蛋白部分的糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序序列的天氡酰胺氮以共价键连接称列的天氡酰胺氮以共价键连接称N-连接糖蛋白连接糖蛋白。n定义：第7页，本讲稿共51页N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸残基的序列子称为糖基化位点。糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为糖型(glycoform)。第8页，本讲稿共51页（三）N-连接聚糖可分为3型高甘露糖型高甘露糖型复杂性复杂性杂合型杂合型都有一个五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsn第9页，本讲稿共51页第10页，本讲稿共51页（四）N-连接寡糖的合成是以长萜醇作为聚糖载体 N-连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载体，先合成含14糖基的寡糖链，然后转移至肽链的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工而成。每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物。第11页，本讲稿共51页长萜醇-P-P聚糖的合成第12页，本讲稿共51页3型N-聚糖的加工过程 第13页，本讲稿共51页（五）O-连接糖蛋白糖蛋白糖链与蛋白部分的丝糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟苏氨酸残基的羟基相连，称为基相连，称为O-连接糖蛋白。连接糖蛋白。O-O-连接寡糖有连接寡糖有N-N-乙酰半乳糖与半乳糖构成核心乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、N-N-乙酰葡萄糖胺等单糖。乙酰葡萄糖胺等单糖。n定义nO-连接寡糖结构连接寡糖结构第14页，本讲稿共51页 O-连接寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接上N-乙酰半乳基，然后逐个加上糖基直至O-连接寡糖链的形成。nO-连接寡糖合成第15页，本讲稿共51页（六）蛋白质（六）蛋白质-N-乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的单乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的单糖基修饰糖基修饰-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖(-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc)糖基化修饰，主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。糖基化修饰，主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。O-GlcNAc糖糖基基化化修修饰饰是是通通过过O-GlcNAc糖糖基基转转移移酶酶(O-GlcNAc transferase,OGT)作作用用，将将-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖以以共共价价键键方方式式结结合合于于蛋蛋白白质质的的Ser/Thr残基上。残基上。第16页，本讲稿共51页O-GlcNAc糖糖基基化化蛋蛋白白质质的的解解离离需需要要特特异异性性的的-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖酶酶(O-GlcNAcase)作作用用，O-GlcNAc糖基化与去糖基化是个动态可逆的过程。糖基化与去糖基化是个动态可逆的过程。O-GlcNAc糖基化位点常位于蛋白质Ser/Thr磷酸化位点处或其邻近部位。糖基化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。第17页，本讲稿共51页（七）糖组学糖组学则包括聚糖种类、结构鉴定、糖基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能等研究。糖组(Glycome)是指一种细胞或一个生物体中全部聚糖种类。第18页，本讲稿共51页二、糖蛋白分子中聚糖的功能二、糖蛋白分子中聚糖的功能保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰期；保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰期；蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白的蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白的作用；作用；聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫系统识聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫系统识别而产生抗体。别而产生抗体。（一）（一）聚糖可影响糖蛋白生物活性聚糖可影响糖蛋白生物活性第19页，本讲稿共51页（二）糖蛋白聚糖加工可参与新生肽链折叠参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象；糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相关。第20页，本讲稿共51页（三）糖蛋白聚糖可参与维系亚基聚合具有功能的糖蛋白的二聚体，往往依靠糖-蛋白或糖-糖相互作用维系亚基的聚合和构象。（四）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送和分泌中的作用有些蛋白质的投送信号存在于肽链内，但有些是与其糖链有关。第21页，本讲稿共51页（五）糖蛋白聚糖具有分子间的识别作用聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到分子识别作用的基础。受体与配体识别和结合也需聚糖的参与。细胞表面糖复合物的聚糖还能介导细胞-细胞的结合。第22页，本讲稿共51页蛋白聚糖蛋白聚糖Proteoglycan第二节第二节第23页，本讲稿共51页蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖是是是是一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的形成的形成的形成的大分子糖复合物大分子糖复合物大分子糖复合物大分子糖复合物化合物。化合物。化合物。化合物。n n糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。n n分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、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。眼玻璃体等组织。眼玻璃体等组织。眼玻璃体等组织。第24页，本讲稿共51页n n蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构组成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第25页，本讲稿共51页一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组成的重复二糖单位糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）曾称为粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。硫酸软骨素类(chordroitin sulfates)硫酸皮肤素(dermatan sulfate)硫酸角质素(keratan sulfate)透明质酸(hyaluronic acid)肝素(heparin)和硫酸类肝素(heparan sulfate)n n体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6 6种）：种）：种）：种）：第26页，本讲稿共51页第27页，本讲稿共51页二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖的结构域n n核心蛋白（核心蛋白（核心蛋白（核心蛋白（core proteincore protein）为与糖胺聚糖链共价为与糖胺聚糖链共价为与糖胺聚糖链共价为与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。结合的蛋白质。结合的蛋白质。结合的蛋白质。n n核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。细胞外基质的大分子中。细胞外基质的大分子中。细胞外基质的大分子中。第28页，本讲稿共51页1.大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖2.小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖3.跨膜胞内蛋白聚糖n按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：第29页，本讲稿共51页透明质酸连接蛋白核心蛋白硫酸角质素硫酸软骨素糖蛋白亚基骨骺软骨蛋白聚糖聚合物n 蛋白聚糖聚合物第30页，本讲稿共51页三、核心蛋白逐一加上糖基而形成蛋三、核心蛋白逐一加上糖基而形成蛋白聚糖白聚糖在在内内质质网网上上合合成成核核心心蛋蛋白白多多肽肽链链，同同时时在在高高尔尔基基体体内进行糖链延长或加工。内进行糖链延长或加工。多多糖糖链链的的形形成成是是由由单单糖糖逐逐个个加加上上去去的的，糖糖醛醛酸酸由由UDPGA提提供供；单单糖糖要要由由UDP活活化化；硫硫酸酸由由PAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于Gln。第31页，本讲稿共51页四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以特殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞特殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。的粘附、迁移、增殖和分化等有关。抗凝血（肝素）抗凝血（肝素）参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素）参与细胞识别结合与分化（细胞表面的硫酸素）维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等 1.构成细胞外基质2.2.其它功能其它功能第32页，本讲稿共51页每一聚糖都有一个独特的能被蛋白质阅读，并与蛋白质相结合的三维空间构象，即糖密码(sugar code)。n聚糖作为信息分子作用特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信息，诸如糖蛋白的胞内定向转运、细胞与细胞的相互作用、组织与器官发育以及细胞外信号转导等。第33页，本讲稿共51页细胞外基质细胞外基质Extracellular Matrix,ECM第三节第34页，本讲稿共51页n细胞外基质(extracellular matrixc，ECM)分布在各组织细胞和细胞间的胞间隙或胞间膜。细胞外由纤维状胶原、透明质酸、蛋白聚糖和糖蛋白以不同比例组成的细胞间质。第35页，本讲稿共51页结构蛋白，如：胶原(collagen)专一蛋白，如：纤连蛋白(fibronectin,Fn)、层粘蛋白(laminin,Ln)蛋白聚糖nECM的主要成分：第36页，本讲稿共51页一、胶原一、胶原胶原胶原(collagen)是结缔组织的主要蛋白质成分。主要是结缔组织的主要蛋白质成分。主要由结缔组织成纤维细胞所分泌，某些上皮细胞也能由结缔组织成纤维细胞所分泌，某些上皮细胞也能分泌的某些类型的胶原蛋白。分泌的某些类型的胶原蛋白。分布于骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、分布于骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、角膜等。软骨、角膜等。起支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。起支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。第37页，本讲稿共51页（一）胶原的分子组成和分型胶胶原原经经超超速速离离心心后后可可分分得得3 3个个组组分分，即即、，其其中中 和和 组组分分分分别别是是 组组分分的的二二聚聚体体和和三三聚聚体体。组组分分又又分分为为1,1,2,2,33和和44，它它们们在在氨氨基基酸酸组组成成上上有所不同，但肽链长度近似。有所不同，但肽链长度近似。第38页，本讲稿共51页5型胶原蛋白的结构及组织分布类型肽链类型分子形式成分组织分布I1(I);2(I)1(I)22(I),1(I)3 羟赖氨酸较低,聚糖少,较纤维较宽 肌腱,骨,皮肤,角膜,韧带占体内胶原蛋白总量90%1()1()3羟赖氨酸较高，聚糖较多，纤维较窄软骨眼玻璃体,椎间盘1()1()3羟赖氨酸较高，羟脯氨酸较高，聚糖较少血管,肌肉,皮肤,内脏1();2();3();4();4()1()22()及其它形式 羟赖氨酸较高,聚糖较多基底膜2()3(V)1()3 1()22()1()2()3()羟赖氨酸较高,聚糖较多 平滑肌细胞,胚胎组织,腹膜,胎盘,皮肤,骨第39页，本讲稿共51页（二）胶原蛋白C端非螺旋结构域与内皮抑素XVIII型胶原蛋白C端非螺旋结构域的氨基酸序列含有内皮抑素(endostatin)的全部序列，推测组织中的XVIII胶原蛋白C端非螺旋结构域受蛋白酶水解，产生内皮抑素，发挥抑制内皮细胞生长作用。不同胶原蛋白C端非螺旋结构域能产生不同内源性血管生成抑制剂，它们都有显著的抑制血管内皮细胞生长和迁移、抑制肿瘤细胞增殖和迁移等作用。第40页，本讲稿共51页内源性血管生成抑制剂来源及分子大小内皮抑素(endostatin)XVIII型胶原C端非螺旋结构域(184aa)休眠蛋白(restin)XV型胶原C端非螺旋结构域(180aa)内皮生长抑制蛋白(vastatin)VIII 型胶原C端非螺旋结构域(164aa)阻碍蛋白(arrestin)IV型胶原1链NC1区(180aa)肿瘤抑素(tumstatin)IV型胶原3链NC1区(180aa)血管能抑素(canstatin)IV型胶原2链NC1区(227aa)内源性血管生成抑制剂种类和来源第41页，本讲稿共51页 胶原蛋白由胶原蛋白由3 3条肽链以条肽链以 右手螺旋形成棒状结构。右手螺旋形成棒状结构。富含甘氨酸（占富含甘氨酸（占1/31/3）和脯氨酸（占）和脯氨酸（占1/41/4），特），特含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少酪氨酸。甚少酪氨酸。（三）胶原的氨基酸组成和空间构象特点第42页，本讲稿共51页（四）胶原微纤维(collagen fibril)若干具有三股螺旋结构的若干具有三股螺旋结构的型原胶原分子通过型原胶原分子通过侧向排列，聚集成直径为侧向排列，聚集成直径为50200nm的微纤维。的微纤维。第43页，本讲稿共51页n原胶原分子侧向共价连接的醛醇交联反应C-(CH2)2-CH2-CH2-NH3+NCNOH+H3N-CH2-CH2-(CH2)2-CHCONH赖氨酸氧化酶C-(CH2)2-CH2-CNCNOHOHC-CH2-(CH2)2-CHCONHOH赖氨酸赖氨酸醛衍生物醛衍生物第44页，本讲稿共51页C-(CH2)3-CHNCNOHOHCH-(CH2)2-CHCONHOHC醛醇缩合C-(CH2)3-CHNCNOHC-(CH2)2-CHCONHCHO去H2O第45页，本讲稿共51页二、纤连蛋白二、纤连蛋白纤连蛋白(fibronectin,Fn)是广泛存在于细胞外基质、基底膜和各种体液（血浆、组织间液、淋巴液、关节腔滑液、羊水）中的一种多功能糖蛋白。多为二聚体形式，也有以多聚体形式存在。第46页，本讲稿共51页由分子量为25万的单体组成的二聚体。它的一级结构由3种不同类型的内在序列同源结构重复出现而构成。（一）Fn的分子结构：第47页，本讲稿共51页参参与与许许多多生生理理活活动动，例例如如：细细胞胞的的形形态态、增增殖殖、分分化化及及个个体体发发育育、生生殖殖、信信息息传传递递、凝凝血血、组组织织修修复等。复等。（二）Fn的功能第48页，本讲稿共51页层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin,Ln)由三条多肽链组成的多结由三条多肽链组成的多结构域构成的糖蛋白，即构域构成的糖蛋白，即型胶原基质。型胶原基质。分布在所有组织的基膜上。分布在所有组织的基膜上。三、层粘连蛋白三、层粘连蛋白第49页，本讲稿共51页由由三三条条多多肽肽链链（1 1条条A A链链和和2 2条条B B链链）通通过过二二硫硫键键构构成成，3 3条条链链排排列列成成十十字字架形。架形。（一）层粘连蛋白分子结构第50页，本讲稿共51页主要介导上皮细胞及内皮细胞糖粘附，而影响细胞的生长、分化和运动。新近发现，Ln可能与某些疾病（糖尿病、肾病、内风湿关节炎、感染等）和肿瘤细胞的浸润、转移有重要关系。（二）Ln的功能第51页，本讲稿共51页