第19章糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质1.ppt

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1、目录目录糖蛋白、蛋白聚糖糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质和细胞外基质Glycoprotein,Proteoglycan and Extracellular Matrix第第1919章章目录目录糖类糖类单糖单糖多糖多糖糖复合物糖复合物(glycoconjugates)糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)糖脂糖脂(glycolipids)目录目录糖蛋白糖蛋白Glycoprotein第一节第一节目录目录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

2、，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n糖蛋白糖蛋白目录目录葡萄糖葡萄糖(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N-连接和连接和O-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n聚糖中单糖的种类：聚糖中单糖的种类：目录目录n 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

3、接连接：目录目录（二）（二）N-N-连接糖蛋白连接糖蛋白的糖基化位点为的糖基化位点为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定义：定义：目录目录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酸残基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)。目录目录（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

4、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目录目录目录目录（四）（四）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-连连接接寡寡糖糖是是在在内内质质网网上上以以长长萜萜醇醇作作为为糖糖链链载载体体，先先合合成成含含14糖糖基基的的寡寡糖糖链链，然然后后转转移移至至肽肽链链的的糖糖基基化化位位点点上上，进进一一步步在在内内质质网网和和高高尔尔基基体体进行加工而成。进行加工而成。每每一一步步加加工工都都由由特特异异的的糖糖基基转转移移酶酶或或糖糖苷苷酶酶催化完成，糖基必须活化为催化完成，糖基必须活化为UDP

5、或或UDP的衍生物。的衍生物。目录目录长萜醇长萜醇-P-P聚糖的合成聚糖的合成目录目录3型型N-聚糖的加工过程聚糖的加工过程 目录目录（五）（五）O-连接糖蛋白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。n定义定义nO-连接寡糖结构连接寡糖结构目录目录 O-连连接接寡寡糖糖在

6、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-乙乙酰酰半半乳乳基基，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。nO-连接寡糖合成连接寡糖合成目录目录（六）蛋白质（六）蛋白质-N-乙酰氨基葡萄糖基化是可逆乙酰氨基葡萄糖基化是可逆的单糖基修饰的单糖基修饰-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖(-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc)糖糖基基化化修修饰饰，主主要要发发生生于于膜膜蛋蛋白白和和分泌蛋白。分泌蛋白。O-GlcNAc糖糖基基化化修修饰饰是是通通过过O-G

7、lcNAc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。目录目录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糖糖基基化化与与去去糖糖基基化化是是个个动动态态可逆的过程。可逆的过程。O-GlcNAc糖糖 基基 化化 位位 点点 常常 位位 于于 蛋蛋 白白 质质Ser/Thr磷磷酸酸化化位位点点处处或或其其邻邻近近部部位位

8、。糖糖基基化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。化后即会影响磷酸化的进行，反之亦然。目录目录（七）糖组学（七）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。糖组糖组(Glycome)是指一种细胞或一个生是指一种细胞或一个生物体中全部聚糖种类。物体中全部聚糖种类。目录目录二、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，延长其半衰保护糖蛋白不受蛋白酶的水解，延长其半衰期；期；蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白蛋白质的聚糖也可起屏障作用，影响糖蛋白

9、的作用的作用；聚糖还可以避免蛋白质中抗原决定簇被免疫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系统识别而产生抗体。（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目录目录（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；糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切糖蛋白的糖基化与肽链的折叠及分拣密切相关相关。目录目录（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-

10、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分拣、投送（四）聚糖对蛋白质在细胞内的分拣、投送和分泌中的作用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。目录目录（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

11、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。目录目录蛋白聚糖蛋白聚糖Proteoglycan第二节第二节目录目录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。目录目录n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

12、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目录目录一、一、糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺糖胺聚糖是含已糖醛酸和已糖胺组成的重复二糖单位组成的重复二糖单位糖胺聚糖（糖胺聚糖（glycosaminoglycan,GAG）曾称为）曾称为粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。粘多糖、氨基多糖和酸性多糖等。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

13、类肝素和硫酸类肝素(heparan sulfate)n体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6种）：种）：目录目录目录目录二、核心蛋白二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖均含有结合糖胺聚糖的结构域的结构域核心蛋白（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。目录目录1.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2.小分子富含亮氨

14、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3.跨膜胞内蛋白聚糖跨膜胞内蛋白聚糖n按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：按核心蛋白和糖链成分的差别，蛋白聚糖分类：目录目录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n 蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物目录目录三、核心蛋白逐一加上糖基而形成三、核心蛋白逐一加上糖基而形成蛋白聚糖蛋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基体内进行糖链延长或加工。尔基体内进行糖链延长或加工。多多糖糖链链的的形形成

15、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。目录目录四、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

16、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.其它功能其它功能目录目录每每一一聚聚糖糖都都有有一一个个独独特特的的能能被被蛋蛋白白质质阅阅读读，并并与与蛋蛋白白质质相相结结合合的的三三维维空空间间构构象象，即即糖糖密密码码(sugar code)。n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外信号转导等。信号转导等。目录目录细胞

17、外基质细胞外基质Extracellular Matrix,ECM第三节第三节目录目录n细胞外基质细胞外基质(extracellular matrixc，ECM)分布在各组织细胞和细胞间的胞间隙或分布在各组织细胞和细胞间的胞间隙或胞间膜。胞间膜。细胞外由纤维状胶原、透明质酸、蛋白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。聚糖和糖蛋白以不同比例组成的细胞间质。目录目录结构蛋白，如结构蛋白，如：胶原胶原 (collagen)专专一一蛋蛋白白，如如：纤纤连连蛋蛋白白 (fibronectin,Fn)、层粘蛋白层粘蛋白 (laminin,Ln)蛋白聚糖蛋白聚糖nECM的主要

18、成分：的主要成分：目录目录一、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，某些上皮细要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。胞也能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、肌分布于骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、角膜等。肉、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。目录目录（一）胶原的分子组成和分型（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、

19、，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，它它们们在在氨基酸组成上有所不同，但肽链长度近似。氨基酸组成上有所不同，但肽链长度近似。目录目录5型胶原蛋白的结构及组织分布型胶原蛋白的结构及组织分布类型类型肽链类型肽链类型分子形式分子形式成分成分组织分布组织分布I1(I);2(I)1(I)22(I),1(I)3 羟赖氨酸较低羟赖氨酸较低,聚糖少聚糖少,较纤维较纤维较宽较宽 肌腱肌腱,骨骨,皮肤皮肤,角膜角膜,韧带占体韧带占体内胶原蛋白总量内胶原蛋白总量90%1()1()3羟赖氨酸较高，羟赖氨酸较高，聚糖较多，纤

20、维聚糖较多，纤维较窄较窄软骨眼玻璃体软骨眼玻璃体,椎间盘椎间盘1()1()3羟赖氨酸较高，羟赖氨酸较高，羟脯氨酸较高，羟脯氨酸较高，聚糖较少聚糖较少血管血管,肌肉肌肉,皮肤皮肤,内脏内脏1();2();3();4();4()1()22()及其它形式及其它形式 羟赖氨酸较高羟赖氨酸较高,聚糖较多聚糖较多基底膜基底膜2()3(V)1()3 1()22()1()2()3()羟赖氨酸较高羟赖氨酸较高,聚糖较多聚糖较多 平滑肌细胞平滑肌细胞,胚胚胎组织胎组织,腹膜腹膜,胎胎盘盘,皮肤皮肤,骨骨目录目录（二）胶原蛋白（二）胶原蛋白C端非螺旋结构域与内皮抑素端非螺旋结构域与内皮抑素XVIIIXVIII型型胶

21、胶原原蛋蛋白白C端端非非螺螺旋旋结结构构域域的的氨氨基基酸酸序序列列含含有有内内皮皮抑抑素素(endostatin)的的全全部部序序列列 ，推推测测组组织织中中的的XVIIIXVIII胶胶原原蛋蛋白白C端端非非螺螺旋旋结结构构域域受受蛋蛋白白酶酶水水解解，产产生生内内皮皮抑抑素素，发发挥挥抑抑制制内内皮皮细细胞胞生长作用。生长作用。不同胶原蛋白不同胶原蛋白C C端非螺旋结构域能产生不同内源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内皮细胞生长和迁移、抑制肿瘤细胞增殖和迁移等作用。移等作用。

22、目录目录内源性血管生成抑制剂内源性血管生成抑制剂来源及分子大小来源及分子大小内皮抑素内皮抑素(endostatin)XVIII型胶原型胶原C端非螺旋结构域端非螺旋结构域(184aa)休眠蛋白休眠蛋白(restin)XV型胶原型胶原C端非螺旋结构域端非螺旋结构域(180aa)内皮生长抑制蛋白内皮生长抑制蛋白(vastatin)VIII 型胶原型胶原C端非螺旋结构域端非螺旋结构域(164aa)阻碍蛋白阻碍蛋白(arrestin)IV型胶原型胶原1链链NC1区区(180aa)肿瘤抑素肿瘤抑素(tumstatin)IV型胶原型胶原3链链NC1区区(180aa)血管能抑素血管能抑素(canstatin)

23、IV型胶原型胶原2链链NC1区区(227aa)内源性血管生成抑制剂种类和来源内源性血管生成抑制剂种类和来源目录目录 胶原蛋白由胶原蛋白由3 3条条肽链以肽链以 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），），特含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨特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。酸，甚少酪氨酸。（三）胶原的氨基酸组成和空间构象特点（三）胶原的氨基酸组成和空间构象特点目录目录（四）胶原微纤维（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

24、原胶原分子型原胶原分子通过侧向排列，聚集成直径为通过侧向排列，聚集成直径为50200nm的微的微纤维。纤维。目录目录n原胶原分子侧向共价连接的醛醇交联反应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赖氨酸氧化酶赖氨酸氧化酶C-(CH2)2-CH2-CNCNOHOHC-CH2-(CH2)2-CHCONHOH赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸醛衍生物醛衍生物醛衍生物醛衍生物目录目录C-(CH2)3-CHNCNOHOHCH-(CH2)2-CHCONHOHC醛醇缩合醛醇缩合C-(CH2)3-CHNCNOHC-(CH2

25、)2-CHCONHCHO去去H2O目录目录二、纤连蛋白二、纤连蛋白纤纤连连蛋蛋白白(fibronectin,Fn)是是广广泛泛存存在在于于细细胞胞外外基基质质、基基底底膜膜和和各各种种体体液液（血血浆浆、组组织织间间液液、淋淋巴巴液液、关关节节腔腔滑滑液液、羊羊水水）中中的的一一种种多多功功能糖蛋白。能糖蛋白。多为二聚体形式，也有以多聚体形式存在。多为二聚体形式，也有以多聚体形式存在。目录目录由由分分子子量量为为2525万万的的单单体体组组成成的的二二聚聚体体。它它的的一一级级结结构构由由3 3种种不不同同类类型型的的内内在在序序列列同同源源结结构重复出现而构成。构重复出现而构成。（一）（一）

26、Fn的分子结构：的分子结构：目录目录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、组织修复等。血、组织修复等。（二）（二）Fn的功能的功能目录目录层粘连蛋白层粘连蛋白(laminin,Ln)由三条多肽链组成的由三条多肽链组成的多结构域构成的糖蛋白，即多结构域构成的糖蛋白，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、层粘连蛋白目录目录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层粘连蛋白分子结构目录目录主主要要介介导导上上皮皮细细胞胞及及内内皮皮细细胞胞糖糖粘粘附附，而而影响细胞的生长、分化和运动。影响细胞的生长、分化和运动。新新近近发发现现，Ln可可能能与与某某些些疾疾病病（糖糖尿尿病病、肾肾病病、内内风风湿湿关关节节炎炎、感感染染等等）和和肿肿瘤瘤细细胞胞的的浸润、转移有重要关系。浸润、转移有重要关系。（二）（二）Ln的功能的功能