聚糖的结构与功能课件.ppt

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1、聚糖的结构与功能第1页，此课件共41页哦第四章第四章 聚糖的结构与功能聚糖的结构与功能Stucture and Function of Glycan第2页，此课件共41页哦糖类单糖多糖糖复合物(glycoconjugates)糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂(glycolipids)第3页，此课件共41页哦 糖复合物糖复合物(glycoconjugate)主要包括主要包括糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)、蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)和和糖脂糖脂(glycolipid)。糖蛋白和蛋白糖蛋白和蛋白聚糖聚糖都由都由共价连接的蛋白质和的

2、蛋白质和聚糖两部分组成。两部分组成。糖蛋白糖蛋白分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；而而蛋白聚糖蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半以上。中聚糖所占重量在一半以上。概概 述述第4页，此课件共41页哦糖蛋白分子中聚糖及其糖蛋白分子中聚糖及其合成过程合成过程第一节第5页，此课件共41页哦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，表现为蛋白蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性。质的特性。分布分布细胞膜、溶酶体、细胞外液细胞膜、溶酶体、细胞外液糖蛋白糖蛋白第6页，此课件共41页哦蛋白质含量较多

3、；含糖量变动大；聚糖结构蛋白质含量较多；含糖量变动大；聚糖结构差异显著。差异显著。糖蛋白含糖量和聚糖结构差异显著糖蛋白含糖量和聚糖结构差异显著组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类葡萄糖葡萄糖(Glc)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-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺(GlcNAc)N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuAc)第7页，此课件共41页哦 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 连接方式N-连接：O-连接：第8页，此课件共41页哦一、一、N-N-连接糖蛋白的糖基化位

4、点为连接糖蛋白的糖基化位点为Asn-X-Ser/ThrAsn-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序列序列的天氡酰胺氮以共价键连接称的天氡酰胺氮以共价键连接称N-连接糖蛋白连接糖蛋白。定义：定义：第9页，此课件共41页哦N-N-连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr三个氨基酸残基三个氨基酸残基的序列子称为的序列子称为糖基化位点糖基化位点。糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为糖蛋白分子中聚糖结构的不均一性称为糖型糖型(glycoform)(glycoform)。第10页，此课件共41页哦二、二、N-连接聚糖结构有

5、高甘露糖型、复杂型连接聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型之分和杂合型之分 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ManManManGlcNAcGlcNAcAsn第11页，此课件共41页哦第12页，此课件共41页哦三、三、N-连接寡糖的合成是以长萜醇作为连接寡糖的合成是以长萜醇作为聚糖载体聚糖载体 N-连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载体连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载体，先合成含，先合成含14糖基的寡糖链，然后转移至肽链的糖基糖基的寡糖链，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化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加

6、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，糖基必须活化为UDP或或UDP的衍生物的衍生物。第13页，此课件共41页哦长萜醇长萜醇-P-P聚糖的合成聚糖的合成第14页，此课件共41页哦三型三型N-聚糖的加工过程聚糖的加工过程 第15页，此课件共41页哦四、四、O-连接聚糖合成不需聚糖载体连接聚糖合成不需聚糖载体糖蛋白糖链与蛋白部分的丝糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基苏氨酸残基的羟基相连，称为相连，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

7、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。定义定义O-连接寡糖结构连接寡糖结构第16页，此课件共41页哦 O-连接寡糖在连接寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的作用乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在多肽链的丝下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接上苏氨酸的羟基上连接上N-乙酰乙酰半乳基，然后逐个加上糖基直至半乳基，然后逐个加上糖基直至O-连接寡糖链的连接寡糖链的形成。形成。O-连接寡糖合成连接寡糖合成第17页，此课件共41页哦五、蛋白质五、蛋白质-N-乙酰氨基葡萄糖基化是可乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的单糖基

8、修饰逆的单糖基修饰-N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖(-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糖基化修饰是通过糖基化修饰是通过O-GlcNAc糖基转移糖基转移酶酶(O-GlcNAc transferase,OGT)作用，将作用，将-N-乙酰乙酰氨基葡萄糖以共价键方式结合于蛋白质的氨基葡萄糖以共价键方式结合于蛋白质的Ser/Thr残基上残基上。第18页，此课件共41页哦 O-GlcNAc糖基化蛋白质的解离需要特异性的糖基化蛋白质的解离需要特异性的-N-乙酰氨基葡萄糖酶乙酰氨基葡萄糖酶

9、(O-GlcNAcase)作用，作用，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糖基化位点常位于蛋白质Ser/Thr磷酸化磷酸化位点处或其邻近部位。糖基化后即会影响磷酸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。化的进行，反之亦然。第19页，此课件共41页哦六、糖蛋白分子中聚糖影响蛋白质的六、糖蛋白分子中聚糖影响蛋白质的半衰期、结构与功能半衰期、结构与功能 糖蛋白的聚糖通常存在于蛋白质表面环或转角的序列处，并突出于糖蛋白的聚糖通常存在于蛋白质表面环或转角的序列处，并突出于蛋白质的表面。有些糖链可

10、能通过限制与它们连接的多肽链的构象自由度蛋白质的表面。有些糖链可能通过限制与它们连接的多肽链的构象自由度而起结构性作用。而起结构性作用。O-O-连接型聚糖常成簇地分布在蛋白质高度糖基连接型聚糖常成簇地分布在蛋白质高度糖基化的区段上，有助于稳固多肽链的结构。一般来说，去除聚糖化的区段上，有助于稳固多肽链的结构。一般来说，去除聚糖的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，说明聚糖可保护肽链，延长半的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，说明聚糖可保护肽链，延长半寿期。有些酶的活性依赖其聚糖，脂蛋白脂肪酶寿期。有些酶的活性依赖其聚糖，脂蛋白脂肪酶N-N-连接型聚糖的连接型聚糖的核心五糖为酶活性所必需。核心五糖为酶活性所必需。

11、（一）（一）聚糖可聚糖可 稳固多肽链的结构及延长半衰期稳固多肽链的结构及延长半衰期第20页，此课件共41页哦（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的空参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象；间构象；糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相关糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相关 。第21页，此课件共41页哦（三）聚糖可影响糖蛋白在细胞内的靶向运输（三）聚糖可影响糖蛋白在细胞内的靶向运输糖蛋白的聚糖可影响糖蛋白在细胞内的靶向运输糖蛋白的聚糖可影响糖蛋白在细胞内的靶向运输的典型例子是溶酶体酶合成后向溶酶体的靶向运输。

12、的典型例子是溶酶体酶合成后向溶酶体的靶向运输。溶酶体酶在内质网合成后，其聚糖末端的甘露糖在高溶酶体酶在内质网合成后，其聚糖末端的甘露糖在高尔基体被磷酸化成甘露糖尔基体被磷酸化成甘露糖-6-6-磷酸，然后与溶酶体膜上的磷酸，然后与溶酶体膜上的甘露糖甘露糖-6-6-磷酸受体识别、结合，定向转送至溶酶体内。若磷酸受体识别、结合，定向转送至溶酶体内。若聚糖链末端甘露糖不被磷酸化，那么溶酶体酶只能被分泌至聚糖链末端甘露糖不被磷酸化，那么溶酶体酶只能被分泌至血浆，而溶酶体内几乎没有酶，可导致疾病产生。血浆，而溶酶体内几乎没有酶，可导致疾病产生。第22页，此课件共41页哦（四）聚糖参与分子间的相互识别（四）

13、聚糖参与分子间的相互识别聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖中单糖分子连接的多样性是聚糖起到聚糖起到分子识分子识别作用的基础。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-细胞的结合细胞的结合。第23页，此课件共41页哦蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖第24页，此课件共41页哦 蛋白聚糖蛋白聚糖是是一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的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，

14、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、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。第25页，此课件共41页哦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糖醛酸葡糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸第26页，此课件共41页哦一、一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组成的重复二糖单位成的重复二糖单位糖胺聚糖（糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）曾称为粘多糖）曾称为粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。、氨基多糖和酸性多糖等。

15、硫酸软骨素类硫酸软骨素类(chordroitin sulfates)硫酸皮肤素硫酸皮肤素(dermatan sulfate)硫酸角质素硫酸角质素(keratan sulfate)透明质酸透明质酸(hyaluronic acid)肝素肝素(heparin)和硫酸类肝素和硫酸类肝素(heparan sulfate)体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6种）：种）：第27页，此课件共41页哦第28页，此课件共41页哦二、核心蛋白二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖的均含有结合糖胺聚糖的结构域结构域 核心蛋白（核心蛋白（core protein）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

16、白质。核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一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细胞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。外基质的大分子中。第29页，此课件共41页哦大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖大分子聚集型胞外基质蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖小分子富含亮氨酸胞外基质蛋白聚糖跨膜胞内蛋白聚糖跨膜胞内蛋白聚糖按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：第30页，此课件共41页哦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

17、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第31页，此课件共41页哦三、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内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔基体内进行糖链延长或加工。基体内进行糖链延长或加工。多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛酸由多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛酸由UDPGA提供；单糖要由提供；单糖要由UDP活化；硫酸由活化；硫酸由PAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于Gln。第32页，此课件共41页哦四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分四、蛋白聚糖是细胞间

18、基质重要成分在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以特在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以特殊方式殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞的粘附、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。迁移、增殖和分化等有关。抗凝血抗凝血（肝素（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.其它功能其它功能第33页，此课件共41页哦第第 三三 节节 糖糖 脂脂Glycolipid第34页，此课件共41页哦糖脂糖脂（glycolipi

19、d）是糖通过是糖通过半缩醛羟基半缩醛羟基以糖苷键与脂质连以糖苷键与脂质连接的化合物。接的化合物。鞘糖脂（鞘糖脂（sphingolipid）甘油糖脂甘油糖脂类固醇衍生糖脂。类固醇衍生糖脂。根据脂质部分不同，糖脂可分为：根据脂质部分不同，糖脂可分为：第35页，此课件共41页哦一、鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷一、鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷化合物化合物 鞘糖脂是以鞘糖脂是以神经酰胺神经酰胺为母体的化合物。其分子中为母体的化合物。其分子中的神经酰胺的神经酰胺1-位羟基被糖基化。位羟基被糖基化。鞘糖脂分子中的单糖主要鞘糖脂分子中的单糖主要为：为：葡萄糖、半乳糖、葡萄糖、半乳糖、N-乙酰乙酰葡萄糖胺、

20、葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸胺、岩藻糖和唾液酸 第36页，此课件共41页哦（一）脑苷脂（一）脑苷脂(cerebroside)是不含唾液酸的中性是不含唾液酸的中性 鞘糖鞘糖脂脂（二）硫苷脂（二）硫苷脂(sulfatide)是指糖基部分被硫酸化的酸性是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂鞘糖脂（三）神经节苷脂（三）神经节苷脂(ganglioside)是含唾液酸的酸性鞘糖脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘糖脂可分为：鞘糖脂可分为：中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 第37页，此课件共41页哦几种鞘糖脂的化

21、学结构几种鞘糖脂的化学结构第38页，此课件共41页哦二、髓磷脂中含有甘油糖脂二、髓磷脂中含有甘油糖脂 甘油糖脂（甘油糖脂（glyceroglycolipid）也称糖基甘油脂，由）也称糖基甘油脂，由二酰甘油分子二酰甘油分子3位上的羟基与糖基连接而成。位上的羟基与糖基连接而成。单半乳糖基二酰甘油单半乳糖基二酰甘油 二半乳糖基二酰甘油二半乳糖基二酰甘油目目 录录第39页，此课件共41页哦聚糖结构中蕴含大量生物信息聚糖结构中蕴含大量生物信息第四节第四节第40页，此课件共41页哦每一聚糖都有一个独特的能被蛋白质阅读，并与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，即蛋白质相结合的三维空间构象，即糖密码糖密码(sugar code)。聚糖作为信息分子作用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。织与器官发育以及细胞外信号转导等。第41页，此课件共41页哦