第3章-糖化学生物学ppt课件.ppt

第第 3 章章本章内容本章内容 1.概概 述述 2.糖的结构和分类糖的结构和分类 3.糖的合成糖的合成 4.糖和蛋白质的相互作用糖和蛋白质的相互作用 5.糖的序列分析和糖组学糖的序列分析和糖组学 6.糖的生物应用糖的生物应用3.1 概概 述述 糖又称碳水化合物，是多羟基醛、酮或其缩糖又称碳水化合物，是多羟基醛、酮或其缩糖又称碳水化合物，是多羟基醛、酮或其缩糖又称碳水化合物，是多羟基醛、酮或其缩合物，自然界存在最多的一类有机化合物。合物，自然界存在最多的一类有机化合物。合物，自然界存在最多的一类有机化合物。合物，自然界存在最多的一类有机化合物。如葡萄糖、蔗糖及淀粉等均属于此类化合物如葡萄糖、蔗糖及淀粉等均属于此类化合物.C、H、O三种元素三种元素 通式表示通式表示 组成组成糖糖C6(H2O)6光合作用光合作用 呼吸作用呼吸作用糖仅仅是能量存储物质吗？糖仅仅是能量存储物质吗？输血输血l1717世纪世纪8080年代的英国，有位医生曾经给一个生年代的英国，有位医生曾经给一个生命垂危的年轻人输羊血，奇迹般的挽救了他的命垂危的年轻人输羊血，奇迹般的挽救了他的生命。生命。l1919世纪世纪8080年代，北美的一位医生给一位濒临死年代，北美的一位医生给一位濒临死亡的产妇输人血，产妇起死回生。亡的产妇输人血，产妇起死回生。糖蛋白糖蛋白 肽链的骨架上连接着一些糖的侧链，肽链的骨架上连接着一些糖的侧链，糖链是特异性决定簇。糖链是特异性决定簇。3.1.1 3.1.1 糖生物学糖生物学糖糖 能量物质能量物质18911891年德国化学年德国化学 Fischer Fischer 阐明了糖的结构构型阐明了糖的结构构型英国化学英国化学Haworth Haworth 糖的环状结构糖的环状结构 构象构象糖生物化学基础的奠定糖生物化学基础的奠定1950年年 Luis 发现糖核苷二磷酸的作用发现糖核苷二磷酸的作用生物体内糖缀合物的合成需要糖苷酸为供体生物体内糖缀合物的合成需要糖苷酸为供体1.维持生命活动所需能量的重要来源。维持生命活动所需能量的重要来源。糖还有许多其它生理作用糖还有许多其它生理作用,如构成植物的支撑组如构成植物的支撑组织、作为肌体中其它有机物的合成原料等。织、作为肌体中其它有机物的合成原料等。细胞识别和信号转导。细胞识别和信号转导。作用作用糖生糖生物学物学糖生物学糖生物学 以以寡糖寡糖和和糖缀合物糖缀合物为研为研究对象，以糖化学、免疫学究对象，以糖化学、免疫学及分子生物学为手段，研究及分子生物学为手段，研究寡糖链作为寡糖链作为生物信息分子生物信息分子在在多细胞、高层次生命中的功多细胞、高层次生命中的功能的学科。能的学科。寡糖特点寡糖特点l结构功能复杂。结构功能复杂。l寡糖蛋白质分离后才可进行研究。寡糖蛋白质分离后才可进行研究。l功能只有在特定的缀合物中才能表现。功能只有在特定的缀合物中才能表现。糖基转移酶糖基转移酶 糖结构糖结构l糖基转移酶的专一性糖基转移酶的专一性l一种酶一种酶 一种糖苷键一种糖苷键 主要研究内容主要研究内容3.1.2 糖生物学的意义 糖作为信息分子和调分子在生物体的各糖作为信息分子和调分子在生物体的各项生命活动及病理机制中的作用。项生命活动及病理机制中的作用。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目后基因组后基因组 糖糖蛋白蛋白质质核酸核酸糖类分子糖类分子20世纪的两大发现世纪的两大发现l血型和配型输血血型和配型输血l青霉素青霉素疾病与细胞表面糖结构疾病与细胞表面糖结构 流感病毒与宿主表面糖链结合流感病毒与宿主表面糖链结合 感染感染 受精表面糖链识别受精表面糖链识别糖的作用糖的作用l受精受精l增殖增殖l分化分化l神经系统和免疫系统稳态维持神经系统和免疫系统稳态维持l炎症炎症病理病理病理病理学学学学分子生物学分子生物学分子生物学分子生物学免疫学免疫学神经生物学神经生物学神经生物学神经生物学糖生糖生物学物学3.2 糖的结构和分类糖的结构和分类糖类糖类单糖单糖多糖多糖糖复合物糖复合物 糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂糖脂(glycolipids)1)单糖：单糖：2)不能水解的多羟基醛、酮，如葡萄糖、果糖等；不能水解的多羟基醛、酮，如葡萄糖、果糖等；3)2)低聚糖：低聚糖：4)一分子的低聚糖可以水解为几分子的单糖一分子的低聚糖可以水解为几分子的单糖(210)，故，故低聚糖是由几个单糖缩合成的物质，如蔗糖、麦芽糖等；低聚糖是由几个单糖缩合成的物质，如蔗糖、麦芽糖等；5)3)多糖：多糖：6)一分子多糖可以水解为数千个单糖，是由许多单糖一分子多糖可以水解为数千个单糖，是由许多单糖形成的聚合物形成的聚合物(10个以上的单糖个以上的单糖),如淀粉、纤维素等。如淀粉、纤维素等。根据能否水解和水解后生成的物质分三类根据能否水解和水解后生成的物质分三类 3.2.1 单糖单糖 天然单糖：天然单糖：天然单糖：天然单糖：D-D-型型型型结构：环状、链状结构：环状、链状结构：环状、链状结构：环状、链状常见：葡萄糖、果糖、半乳糖，衍生常见：葡萄糖、果糖、半乳糖，衍生常见：葡萄糖、果糖、半乳糖，衍生常见：葡萄糖、果糖、半乳糖，衍生 物包括核糖和脱氧核糖。物包括核糖和脱氧核糖。物包括核糖和脱氧核糖。物包括核糖和脱氧核糖。单糖结构和表示方法：单糖结构和表示方法：依据所含的羰基可分为醛糖和酮糖二类。依据所含的羰基可分为醛糖和酮糖二类。天然的单糖以含四、五及六个碳原子的糖最为普遍。天然的单糖以含四、五及六个碳原子的糖最为普遍。1.单糖的结构、构型和构象单糖的结构、构型和构象1)结构结构2)(1)写法写法:写单糖结构时写单糖结构时,一般将羰基写在上端一般将羰基写在上端,碳链的编碳链的编号从醛基或靠近酮基的一端开始。号从醛基或靠近酮基的一端开始。己醛糖己醛糖己酮糖己酮糖123456(2)结构的确定结构的确定:以葡萄糖为例以葡萄糖为例 A.元素分析实验式为元素分析实验式为CH2O,分子量测定后得知分子式为分子量测定后得知分子式为C6H12O6;B.葡萄糖能起银镜反应、与葡萄糖能起银镜反应、与HCN加成，表明加成，表明C=O基的存基的存在；在；2)2)构型构型构型构型(1)相对构型相对构型(2)由单糖的构造式可知由单糖的构造式可知,分子中有手性碳原子，故分子中有手性碳原子，故有旋光异构体。最初人们是通过有旋光异构体。最初人们是通过甘油醛甘油醛的构型来确定其相的构型来确定其相对构型的对构型的.D-(+)-甘油醛甘油醛L-(-)-甘油醛甘油醛由由L-甘油醛可以导出另一系列的单糖，称为甘油醛可以导出另一系列的单糖，称为L-系列系列.单糖中单糖中,以以D-葡萄糖和葡萄糖和D-果糖最为重要。果糖最为重要。D-葡萄糖葡萄糖L-葡萄糖葡萄糖D-果糖果糖(2)构型的表示方法构型的表示方法D-系列系列D-(-)-赤藓糖赤藓糖D-(-)-苏阿糖苏阿糖核糖核糖树胶糖树胶糖木糖木糖异异木木糖糖3)单糖的环状结构单糖的环状结构NMR测定测定 证明结晶态的单糖以环状结构存在的。证明结晶态的单糖以环状结构存在的。D-葡萄糖环化葡萄糖环化C1异头碳异头碳a a-D-葡萄糖葡萄糖b b-D-葡萄糖葡萄糖 4)单糖的构象单糖的构象2.成脎反应成脎反应 单糖与过量的苯肼作用，生成脎。单糖与过量的苯肼作用，生成脎。腙腙脎脎1)这是这是a-a-羟基醛酮的典型反应，苯肼在此为氧化剂羟基醛酮的典型反应，苯肼在此为氧化剂.2)无论醛、酮糖，反应均发生在无论醛、酮糖，反应均发生在C1和和C2上，其它原子不参与上，其它原子不参与反应。反应。3.2.2 二糖级寡糖二糖级寡糖 糖苷键糖苷键(glycosidic bond)(glycosidic bond)一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基羟基与与另一个分子的羟基、胺基或巯基之间缩合形成另一个分子的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键。的缩醛键或缩酮键。常见的糖苷键常见的糖苷键 O-O-糖苷键糖苷键 N-N-糖苷键糖苷键 寡糖寡糖 2-10个糖苷键聚合而成的化合物。个糖苷键聚合而成的化合物。l寡糖构象测试方法：寡糖构象测试方法：X射线晶体学（射线晶体学（XRD）核磁共振（核磁共振（NMR）3.2.3 多糖多糖 动植物细胞膜、微生物细胞壁的大分子动植物细胞膜、微生物细胞壁的大分子 同聚多糖同聚多糖细菌多糖细菌多糖蛋白聚糖蛋白聚糖（1）同聚多糖）同聚多糖淀粉：淀粉：麦芽糖构成的链状结构。麦芽糖构成的链状结构。糖原糖原 动物体内动物体内纤维素纤维素:葡萄糖分子通过葡萄糖分子通过-1,4-1,4-糖苷键连接而糖苷键连接而形成的葡聚糖，是植物细胞壁的主要成分。形成的葡聚糖，是植物细胞壁的主要成分。生物燃料生物燃料 纤维素乙醇纤维素乙醇蛋白聚糖是蛋白聚糖是一条或多条糖胺聚糖以共价键与核一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的心蛋白形成的大分子糖复合物大分子糖复合物化合物。化合物。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。分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、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。粘液、眼玻璃体等组织。（2）蛋白聚糖）蛋白聚糖蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构组成组成核心蛋白核心蛋白糖胺聚糖糖胺聚糖糖胺糖胺糖醛酸糖醛酸葡萄糖胺葡萄糖胺半乳糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸核心蛋白核心蛋白均含有结合糖胺聚糖的结构域均含有结合糖胺聚糖的结构域核心蛋白（核心蛋白（core protein）为与糖胺聚糖为与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。链共价结合的蛋白质。核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构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域，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。胞表面或细胞外基质的大分子中。透明质酸透明质酸连接蛋白连接蛋白核心蛋白核心蛋白硫酸角质素硫酸角质素硫酸软骨素硫酸软骨素糖蛋白亚基糖蛋白亚基骨骺软骨蛋白聚糖聚合物骨骺软骨蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物透明质酸（玻尿酸）透明质酸（玻尿酸）l起到保持细胞水分；起到保持细胞水分；l保护细胞不受病原菌的侵害；保护细胞不受病原菌的侵害；l加快恢复皮肤组织，提高创口愈合再生能力，加快恢复皮肤组织，提高创口愈合再生能力，减少疤痕；减少疤痕；l增强免疫力等作用增强免疫力等作用；拥有强大的吸水能力和保湿功能拥有强大的吸水能力和保湿功能增强皮肤长时间的保水能力增强皮肤长时间的保水能力 化妆品行业化妆品行业蛋白聚糖是细胞间基质重要成分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。这与以特殊方式连接，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。细胞的粘附、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 1.1.构成细胞外基质构成细胞外基质2.2.其它功能其它功能血栓栓塞性疾病心肌梗死、心血管手术 聚糖作为信息分子作用聚糖作为信息分子作用 特特异异的的聚聚糖糖结结构构被被细细胞胞用用来来编编码码若若干干重重要要信信息息，诸诸如如糖糖蛋蛋白白的的胞胞内内定定向向转转运运、细细胞胞与与细细胞胞的的相相互互作作用用、组组织织与与器器官官发发育育以以及及细细胞胞外信号转导等。外信号转导等。3.2.4 糖缀合物与糖基化糖缀合物与糖基化 单糖、寡糖或多糖与蛋白质和脂质连接形单糖、寡糖或多糖与蛋白质和脂质连接形成糖缀合物。成糖缀合物。包括糖蛋白和糖脂。包括糖蛋白和糖脂。聚糖聚糖 糖蛋白和糖脂中糖的部分糖蛋白和糖脂中糖的部分糖缀合物合成的场所：糖缀合物合成的场所：内质网内质网和和高尔基体高尔基体研究聚糖的种类研究聚糖的种类l通过通过N原子与蛋白质连接的聚糖原子与蛋白质连接的聚糖l通过通过O原子与蛋白质连接的聚糖原子与蛋白质连接的聚糖l与脂质连接的聚糖与脂质连接的聚糖一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。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，表现为蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性。蛋白质的特性。分布分布细胞膜、溶酶体、细胞外液细胞膜、溶酶体、细胞外液3.2.4.1 糖蛋白糖蛋白葡萄糖葡萄糖(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（一）糖蛋白聚糖分为（一）糖蛋白聚糖分为（一）糖蛋白聚糖分为N-N-连接和连接和连接和连接和O-O-连接型两种连接型两种连接型两种连接型两种一、糖蛋白糖链的结构一、糖蛋白糖链的结构聚糖中聚糖中单糖的种类：单糖的种类：糖蛋白糖链的糖蛋白糖链的N-连接型和连接型和O-连接型连接型 连接连接方式方式N-连接连接：O-连接连接：（二）（二）N-N-连接糖基化连接糖基化 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序列的天氡酰胺氮以共价键连接称序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-连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基三个氨基酸残基的序列子称为糖基化位点。酸残基的序列子称为糖基化位点。有共同多肽链但携带不同聚糖的糖蛋白有共同多肽链但携带不同聚糖的糖蛋白分子称为分子称为糖型糖型。（三）（三）N-连接聚糖可分为连接聚糖可分为3 3型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都有一个五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsnN-连接糖基化步骤连接糖基化步骤 脂连接前体寡糖的形成脂连接前体寡糖的形成寡糖整体转移到多肽寡糖整体转移到多肽寡糖的加工再加工寡糖的加工再加工 场所：内质网场所：内质网 高尔基体高尔基体（四）（四）O-连接糖基化连接糖基化糖蛋白糖链与蛋白部分的丝糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的苏氨酸残基的羟基相连，称为羟基相连，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，再成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、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。nO-连接寡糖结构连接寡糖结构场所：高尔基体场所：高尔基体 O-连连接接寡寡糖糖在在N-乙乙酰酰半半乳乳糖糖基基转转移移酶酶的的作作用用下下，在在多多肽肽链链的的丝丝/苏苏氨氨酸酸的的羟羟基基上上连连接接上上N-乙乙酰酰半半乳乳糖糖胺胺，然然后后逐逐个个加加上上糖糖基基直直至至O-连接寡糖链的形成。连接寡糖链的形成。O-连接寡糖合成连接寡糖合成Ser/ThrGalNAc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，影响糖蛋白的作蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白的作用用；聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫系统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识别而产生抗体。（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认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目（二）糖蛋白聚糖加工可参与新生肽链折叠（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参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象；的空间构象；（三）糖蛋白聚糖可参与维系亚基聚合（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，往往依靠具有功能的糖蛋白的二聚体，往往依靠糖糖-蛋白或糖蛋白或糖-糖相互作用维系亚基的聚合和糖相互作用维系亚基的聚合和构象。构象。（四）聚糖对蛋白质在细胞内的投送和分泌中的作用（四）聚糖对蛋白质在细胞内的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，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。但有些是与其糖链有关。（五）糖蛋白聚糖具有分子间的识别作用（五）糖蛋白聚糖具有分子间的识别作用聚糖中单糖聚糖中单糖分子分子连接的多样性是连接的多样性是聚糖起到聚糖起到分分子识别作用的基础。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。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表面糖复合物的聚糖还能介导细胞-细胞细胞的结合。的结合。糖基甘油脂糖基甘油脂糖鞘脂糖鞘脂：糖链、脂肪酸和神经鞘氨醇的长链碱：糖链、脂肪酸和神经鞘氨醇的长链碱 基基3部分组成。部分组成。3.2.4.2 糖脂糖脂真核细胞膜的组分真核细胞膜的组分生长、发育、分化生长、发育、分化衰老、凋亡衰老、凋亡 信号转导信号转导神经鞘氨醇神经鞘氨醇 最新一代保湿剂最新一代保湿剂 水溶性脂质物质，它和构成皮肤水溶性脂质物质，它和构成皮肤角质层角质层的物质结构的物质结构相近，能很快渗透进皮肤，和角质层中的水结合，形相近，能很快渗透进皮肤，和角质层中的水结合，形成一种网状结构，锁住水分。成一种网状结构，锁住水分。神经系统绝缘轴突中髓鞘质神经系统绝缘轴突中髓鞘质 25%糖合成糖合成影响发育、神经缺陷影响发育、神经缺陷化学全合成糖鞘脂的关键化学全合成糖鞘脂的关键方式方式l神经鞘氨醇与糖基直接相连神经鞘氨醇与糖基直接相连l神经鞘氨醇与糖相连，后用脂肪酸进行神经鞘氨醇与糖相连，后用脂肪酸进行N酰基酰基化化神经鞘氨醇神经鞘氨醇偶联偶联寡糖3.3 糖的合成糖的合成糖基连接方式糖基连接方式1 21 21 41 41 31 31 61 6-构型构型、-构型构型 结构复杂结构复杂3.3.1 糖的保护基糖的保护基 OH、NH2、C=O 数量庞大数量庞大满足的条件：满足的条件：便宜、稳定、无毒，引入条件适合；便宜、稳定、无毒，引入条件适合；反应过程中稳定；反应过程中稳定；脱除高效且条件条件温和；脱除高效且条件条件温和；脱除后，易与产物分离。脱除后，易与产物分离。保护基的正交性保护基的正交性 同时存在多种保护基时，脱除一种不对其同时存在多种保护基时，脱除一种不对其他产生影响。他产生影响。羟基和氨基的保护基种类？脱除条件有哪些？羟基和氨基的保护基种类？脱除条件有哪些？3.3.2 寡糖的液相合成寡糖的液相合成1.1.线性合成：逐步接长线性合成：逐步接长缺点：用于分子量小的寡糖合成，步骤多、工作量大、缺点：用于分子量小的寡糖合成，步骤多、工作量大、缺点：用于分子量小的寡糖合成，步骤多、工作量大、缺点：用于分子量小的寡糖合成，步骤多、工作量大、风险高。风险高。风险高。风险高。2.收敛式合成收敛式合成 先合成小的寡糖片段，以收敛式组装完成合成。先合成小的寡糖片段，以收敛式组装完成合成。优点：优点：寡糖片段天然存在；寡糖片段天然存在；成本低，单糖片段后期引入；成本低，单糖片段后期引入；步骤少。步骤少。适用于分子量较大的寡糖合成适用于分子量较大的寡糖合成3.双向合成双向合成 4.“一锅法一锅法”多步反应可以从相对简单易的的原料出发，多步反应可以从相对简单易的的原料出发，多步反应可以从相对简单易的的原料出发，多步反应可以从相对简单易的的原料出发，不经中间体的分离，在一个反应器中完成，直接不经中间体的分离，在一个反应器中完成，直接不经中间体的分离，在一个反应器中完成，直接不经中间体的分离，在一个反应器中完成，直接获得产物。获得产物。获得产物。获得产物。3.3.3 寡糖的固相合成寡糖的固相合成 多个羟基，如何选择，与树脂相连？多个羟基，如何选择，与树脂相连？端基羟基端基羟基 连接到树脂上连接到树脂上影响因素影响因素l l保护基的电子效应，脱保护条件；保护基的电子效应，脱保护条件；保护基的电子效应，脱保护条件；保护基的电子效应，脱保护条件；l l形成糖苷键的区域和立体选择性；形成糖苷键的区域和立体选择性；形成糖苷键的区域和立体选择性；形成糖苷键的区域和立体选择性；l l溶剂效应、糖基供体的影响溶剂效应、糖基供体的影响溶剂效应、糖基供体的影响溶剂效应、糖基供体的影响固相载体固相载体不溶性不溶性不溶性不溶性可溶性：聚乙二醇（可溶性：聚乙二醇（可溶性：聚乙二醇（可溶性：聚乙二醇（MPEGMPEG）均相进行，不需过量反应试剂均相进行，不需过量反应试剂糖基化试剂糖基化试剂糖基化试剂糖基化试剂路易斯酸、亲硫试剂路易斯酸、亲硫试剂路易斯酸、亲硫试剂路易斯酸、亲硫试剂连接臂决定保护基和偶联条件连接臂决定保护基和偶联条件目前仍无通用的方法，问题多多目前仍无通用的方法，问题多多3.3.4 酶促寡糖合成酶促寡糖合成优点：高立体和区域选择性优点：高立体和区域选择性优点：高立体和区域选择性优点：高立体和区域选择性酶类酶类酶类酶类糖苷酶糖苷酶糖苷酶糖苷酶 糖基合成酶糖基合成酶糖基合成酶糖基合成酶 糖基转移酶糖基转移酶糖基转移酶糖基转移酶（1 1）糖基转移酶）糖基转移酶）糖基转移酶）糖基转移酶 非尿苷酰转移酶非尿苷酰转移酶尿苷酰转移酶尿苷酰转移酶 糖基供体的差异糖基供体的差异合成过程合成过程一个单糖基转移到另一个糖基受体一个单糖基转移到另一个糖基受体合成的关键合成的关键尿苷酰转移酶经核苷酸活化的单糖尿苷酰转移酶经核苷酸活化的单糖 获得对应的糖基核苷酸获得对应的糖基核苷酸 来源少（2）糖苷酶）糖苷酶 催化糖苷键水解的酶，也称糖基水解酶。催化糖苷键水解的酶，也称糖基水解酶。两种模式：逆水解反应和转糖基反应两种模式：逆水解反应和转糖基反应 缺点：产物复杂，难分离缺点：产物复杂，难分离（3）糖基合成酶）糖基合成酶 能催化糖苷键形成的蛋白质，是糖苷酶的能催化糖苷键形成的蛋白质，是糖苷酶的衍化物。衍化物。糖基合成酶糖基合成酶水解糖苷键水解糖苷键突变突变糖基转移酶糖基转移酶缺点缺点l l突变问题；突变问题；突变问题；突变问题；l l产物仍会转化为不同长度；产物仍会转化为不同长度；产物仍会转化为不同长度；产物仍会转化为不同长度；l l对糖基供体不总是专一性。对糖基供体不总是专一性。对糖基供体不总是专一性。对糖基供体不总是专一性。3.4 糖和蛋白质的互作糖和蛋白质的互作3.4.1 凝集素（凝集素（Lectin）一类能使红细胞或其他细胞凝集的糖蛋白一类能使红细胞或其他细胞凝集的糖蛋白或结合糖的蛋白质。或结合糖的蛋白质。来源：植物，无脊椎动物和高等动物来源：植物，无脊椎动物和高等动物来源：植物，无脊椎动物和高等动物来源：植物，无脊椎动物和高等动物 分类分类 C-型型 P-型型 S-型型 I-型型 正五聚蛋白正五聚蛋白特点特点l l专一识别细胞膜表面的单糖和寡糖专一识别细胞膜表面的单糖和寡糖专一识别细胞膜表面的单糖和寡糖专一识别细胞膜表面的单糖和寡糖l l一种凝集素具有对某一种特异性糖基专一性结一种凝集素具有对某一种特异性糖基专一性结一种凝集素具有对某一种特异性糖基专一性结一种凝集素具有对某一种特异性糖基专一性结合的能力。合的能力。合的能力。合的能力。化学应用化学应用 凝集素可为荧光素、酶和生物素等所标记。凝集素可为荧光素、酶和生物素等所标记。lectin labeling(red)of blood vessels and other structures in a human eye 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目凝集素用于肿瘤诊断治疗凝集素用于肿瘤诊断治疗 糖基改变糖基改变肿瘤肿瘤细胞异细胞异常分化常分化凝集素测试凝集素测试流感病毒流感病毒 流行性感冒流行性感冒流行性感冒流行性感冒 是是是是流感病毒流感病毒流感病毒流感病毒引起的急性呼吸道引起的急性呼吸道引起的急性呼吸道引起的急性呼吸道感染，传染性强、传播速度快的疾病。感染，传染性强、传播速度快的疾病。感染，传染性强、传播速度快的疾病。感染，传染性强、传播速度快的疾病。每年数万人死亡。每年数万人死亡。黑死病黑死病 14世纪世纪 7500万人死亡万人死亡 2500万为欧洲人，三分之一的人死于黑死病。万为欧洲人，三分之一的人死于黑死病。症状：症状：p 黑色、疼痛、渗血和脓汁的肿瘤；黑色、疼痛、渗血和脓汁的肿瘤；p 高烧不退且精神错乱；高烧不退且精神错乱；p 感染后的感染后的48小时内死亡。小时内死亡。认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目西班牙型流行性感冒西班牙型流行性感冒 10亿人感染，2千5百万到4千万人死亡H1N1 认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目组成组成NAHA 人流感病毒分为人流感病毒分为 甲（甲（A）乙（乙（B）丙（丙（C）细胞表面感染细胞表面感染 凝集素凝集素 细胞膜表面糖链细胞膜表面糖链 感染感染糖类药物糖类药物抗病毒药物抗病毒药物神经氨酸酶神经氨酸酶 打破细胞壁打破细胞壁 复制复制达菲：神经氨酸苷酶抑制剂达菲：神经氨酸苷酶抑制剂存在问题存在问题存在问题存在问题l l流感和禽流感无法治愈；流感和禽流感无法治愈；流感和禽流感无法治愈；流感和禽流感无法治愈；l l抗药性问题。抗药性问题。抗药性问题。抗药性问题。研究的重点研究的重点3.5 糖序列分析和糖组学糖序列分析和糖组学糖组学糖组学则包括聚糖种类、结构鉴定、糖则包括聚糖种类、结构鉴定、糖基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能基化位点分析、蛋白质糖基化的机制和功能等研究。等研究。糖组是指一种细胞或一个生物体中全部糖组是指一种细胞或一个生物体中全部聚糖种类。聚糖种类。蛋白质组学蛋白质组学蛋白质组学蛋白质组学 基因组学基因组学基因组学基因组学 糖组学糖组学糖组学糖组学 糖序列分析方法糖序列分析方法糖序列分析方法糖序列分析方法 l l酶法分析酶法分析酶法分析酶法分析N-N-连接寡糖结构；连接寡糖结构；连接寡糖结构；连接寡糖结构；l l采用凝集素分离、分析寡糖和糖缀合物；采用凝集素分离、分析寡糖和糖缀合物；采用凝集素分离、分析寡糖和糖缀合物；采用凝集素分离、分析寡糖和糖缀合物；l l质谱质谱质谱质谱MSMS和核磁共振和核磁共振和核磁共振和核磁共振NMRNMR测定结构。测定结构。测定结构。测定结构。3.6 糖的生物应用糖的生物应用3.6.1 糖的标记糖的标记 糖缀合物合成机理不明。糖缀合物合成机理不明。荧光分子荧光分子同位素同位素荧光蛋白荧光蛋白认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目ClickClick反应反应反应反应 最有效的标记法最有效的标记法最有效的标记法最有效的标记法步骤：步骤：将被官能化（叠氮化）修饰过的单糖分子通将被官能化（叠氮化）修饰过的单糖分子通过生物的同化作用，酶催化下引入到缀合物过生物的同化作用，酶催化下引入到缀合物中；中；通过正交性反应将荧光分子以共价方式结合通过正交性反应将荧光分子以共价方式结合到糖缀合物中。到糖缀合物中。疾病与糖基表达疾病与糖基表达l与自由基相关的疾病，与铁转移蛋白糖基化水与自由基相关的疾病，与铁转移蛋白糖基化水平过高有关。如帕金森、风湿关节炎。平过高有关。如帕金森、风湿关节炎。l肿瘤高抗药性，细胞膜上肿瘤高抗药性，细胞膜上P糖蛋白过度表达，糖蛋白过度表达，将胞内的抗肿瘤药物泵出细胞。将胞内的抗肿瘤药物泵出细胞。糖代谢糖代谢糖代谢糖代谢肿瘤生长肿瘤生长肿瘤生长肿瘤生长3.6.2 糖类疫苗糖类疫苗糖基化糖基化 表达异常表达异常 发病发病 糖类作为抗原决定簇引起糖类作为抗原决定簇引起免疫反应免疫反应疫疫 苗苗产生多种抗肿瘤抗体产生多种抗肿瘤抗体疫苗疫苗抗原决定簇抗原决定簇糖修饰蛋白糖修饰蛋白多糖免疫应答多糖免疫应答使病原体逃避宿主的免疫监控使病原体逃避宿主的免疫监控免疫应答免疫应答免疫应答免疫应答保守结构保守结构保守结构保守结构多糖多糖多糖多糖影响糖疫苗效率的因素影响糖疫苗效率的因素l抗原决定簇的糖基化形式、构象与蛋白抗体的抗原决定簇的糖基化形式、构象与蛋白抗体的相似性；相似性；l l糖的免疫原性低，只能作为半抗原糖的免疫原性低，只能作为半抗原糖的免疫原性低，只能作为半抗原糖的免疫原性低，只能作为半抗原，要发展有，要发展有免疫原性的糖类疫苗，结合蛋白等。免疫原性的糖类疫苗，结合蛋白等。免疫原性：抗原能诱导机体产生体液免疫或细胞免疫应免疫原性：抗原能诱导机体产生体液免疫或细胞免疫应 答的性能。答的性能。半抗原：具有抗原性，但只有与载体结合才能引起机体半抗原：具有抗原性，但只有与载体结合才能引起机体产生免疫反应的抗原物质。产生免疫反应的抗原物质。有机化学有机化学免疫学免疫学3.6.3 糖芯片糖芯片 糖结合蛋白糖结合蛋白 糖糖特点：特点：高通量、自动化高通量、自动化所需样品少所需样品少多个样品检测多个样品检测特异识别特异识别应用范围应用范围l糖与蛋白质互作糖与蛋白质互作l细菌与糖互作细菌与糖互作l细胞与糖互作细胞与糖互作l病毒与糖互作病毒与糖互作认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目玻璃片、硅胶、微孔板、纤维膜玻璃片、硅胶、微孔板、纤维膜认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目常用检测方法常用检测方法Y荧光分析荧光分析YMSY同位素标记分析同位素标记分析Y表面基质共振表面基质共振3.6.4 药物药物认识到了贫困户贫困的根本原因，才能开始对症下药，然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视，已经展开了“精准扶贫”项目糖类药物分类糖类药物分类l l抗黏着类抗黏着类 硫酸肝素硫酸肝素硫酸肝素硫酸肝素l l调理作用的药物调理作用的药物 多糖、多糖抗体，凝集素，副作用小多糖、多糖抗体，凝集素，副作用小多糖、多糖抗体，凝集素，副作用小多糖、多糖抗体，凝集素，副作用小l l糖酶抑制剂糖酶抑制剂 干扰病毒蛋白糖基化干扰病毒蛋白糖基化干扰病毒蛋白糖基化干扰病毒蛋白糖基化p糖的结构和分类糖的结构和分类p糖的合成糖的合成p糖和蛋白质互作糖和蛋白质互作p糖的生物和医学的应用糖的生物和医学的应用小小 结结l单糖和寡糖的定义单糖和寡糖的定义l天然单糖：天然单糖：D-型型l蛋白聚糖蛋白聚糖l糖缀合物糖缀合物本章掌握内容本章掌握内容l 糖蛋白分子中聚糖的功能糖蛋白分子中聚糖的功能l 糖基连接方式糖基连接方式l 糖的保护基满足的条件糖的保护基满足的条件l 寡糖合成方法寡糖合成方法l 糖序列分析方法糖序列分析方法l糖苷酶糖苷酶l保护基的正交保护基的正交l凝集素凝集素l糖组糖组 l糖的生物应用糖的生物应用