化学生物学-第四章+聚糖的化学ppt课件.ppt

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1、第四章，聚糖的化学 糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物，多糖由多个单糖聚合而成，又可分为同聚多糖和杂聚多糖。同聚多糖由同一种单糖构成，杂聚多糖由两种以上单糖构成。糖链与蛋白质或脂类物质构成的复合分子称为结合糖，其中的糖链一般是杂聚寡糖或杂聚多糖。糖类作为生物体的生物大分子之一，其生理作用长期以来一直被认为只是机体的供能物质和构成植物的结构物质。科学家对糖类物质的研究，远远滞后于对蛋白质和核酸的研究。糖是生物信息分子 直到20世纪70年代后，随着分子生物学的发展，人们逐步认识到，糖类是涉及生命活动本质的重要生物大分子之一。大量的研究已表明，各种错综复杂的生命现象的产生与疾病的形成过

2、程均包含了许多分子变化和复杂的代谢过程，其中糖蛋白的糖链在受精、发生、发育、分化、炎症与自身免疫疾病，在癌细胞异常增殖及转移，病原体感染，植物与病原体相互作用，豆科植物与根瘤菌的共生过程中，都起到重要作用。糖生物学的研究方兴未艾，成为继蛋白质，核酸后又一热点领域。糖生物学 1988年，牛津大学生化系的R.Dwek在生化年评(Annual Review of Biochemistry)上,发表了题为“glycobiology”的综述，提出了糖生物学这一名称。糖生物学研究的显著特点是与化学、计算机科学等的紧密交叉结合。糖链结构分析、糖链合成方法学上的研究，是糖生物学得以发展的基础。目前，新的糖链结

3、构数据仍呈直线上升，然而对其功能仍知之甚少。糖链功能的研究以分子生物学、细胞生物学、病理学、免疫学、神经生物学、发育生物学等学科的进展为基础，而糖生物学的进展又会大大推动这些学科的发展。2001年，化学糖生物学(chemical glycobiology)这一名词开始出现，标志着这一新兴学科领域的正式诞生。第一节 糖类物质的多样性 糖与人类健康关系密切，以糖生物学研究为基础的糖药物，包括糖类及可通过与糖类、糖类相关结合蛋白和酶相互作用的化合物。糖药物的研究和开发，毫无疑问将成为新药开发的重要领域。组成糖链的单糖结构较简单，但其空间构型有很多形式，并且单糖间的连接方式也多种多样，因此，糖链的结构

4、具有惊人的多样性和复杂性。一、糖种类的多样性 目前，已经发现的天然单糖有200多种，以五碳、六碳单糖最多见。多数单糖在生物体内是呈结合状态，仅葡萄糖、果糖等少数几种单糖可以以游离状态存在。脱氧糖 单糖除了存在D-、L-构型、醛糖和酮糖以外，单糖分子的一个或二各羟基可为氢原子取代得到脱氧糖。二、糖衍生物的多样性 1.糖醇 糖的羰基被还原（加氢）生成相应的糖醇，如葡萄糖加氢生成山梨醇。常见的糖醇有甘露醇和山梨醇，它们广泛分布于各种植物组织中。2.糖醛酸 糖的醛基被氧化成羧基时生成糖酸；糖的末端羟甲基被氧化成羧基时生成糖醛酸。重要的糖醛酸有D-葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸。葡萄糖醛酸是肝脏内的一种解毒剂，

5、半乳糖醛酸存在于果胶中。3.氨基糖 单糖的羟基（一般为C2）可以被氨基取代，形成糖胺或称氨基糖。自然界中存在的氨基糖都是氨基己糖，如-D-2-氨基葡萄糖（葡萄糖胺，Glucosamine）和-D-2-氨基半乳糖（半乳糖胺，Galactosamine）。氨基糖衍生物 N-乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid,NAM）是胞壁酸(muramic acid)与乙酰基结合的产物，是肽聚糖的主要构成成分。N乙酰神经氨酸（N-acetylneuraminic acid）是神经氨酸与乙酰基结合形成的化合物，又称唾液酸。4.糖苷 主要存在于植物的种子、叶子及皮内。在天然糖苷中的糖苷基有醇类、醛类

6、、酚类、固醇和嘌呤等。如能引起溶血的皂角苷，有强心剂作用的乌本苷，以及能引起葡萄糖随尿排出的根皮苷。苦杏仁苷也是一种毒性物质。5.糖酯 单糖羟基还可与酸作用生成酯。糖的磷酸酯是糖在代谢中的活化形式。糖的硫酸酯存在于糖胺聚糖中。三、糖聚合物的多样性 糖类具有多个羟基，糖苷键又有、构型之分，单糖的连接可能产生数目很大的异构体，如由4个己糖组成的寡糖链，可能的序列则多达3万多种。如葡萄糖的二糖异构体有11种。第二节 多糖 多糖是来自于高等植物、动物细胞膜、微生物的细胞壁中的天然大分子物质，是所有生命有机体的重要组成成分与维持生命所必须的结构材料。多糖的结构是其生物活性的基础，认识和了解多糖的结构有助

7、于更好地利用和开发多糖。作为一类生物大分子，层次的分类沿用了蛋白质的分类法，也可分为 一级、二级、三级和四级结构。-淀粉酶可将淀粉水解为麦芽糖。乙酰溴化物与淀粉作用也生成乙酰麦芽糖，由此可见淀粉的组成单位是麦芽糖。用热水处理淀粉或用极性溶剂处理淀粉都可以将淀粉分为两种成分；一,种为可溶部分，称为直链淀粉；另一种为不溶部分，称为支链淀粉。1、淀粉一、均一多糖直链淀粉 直链淀粉(amylose)是由1，4糖苷键连接的-葡萄糖残基组成的。以碘液处理产生蓝色，光吸收在620-680nm。直链淀粉分子量从几万到十几万，平均约在60，000左右，相当于300400个葡萄糖分子缩合而成，是一条不分支的长链。

8、它的分子通常卷曲成螺旋形，每一圈有六个葡萄糖分子。支链淀粉 支链淀粉(amylopectin)的分子量在20万以上，含有1300个葡萄糖或更多。与碘反应呈紫色，光吸收在530-555nm。支链淀粉中的D-葡萄糖也可同样通过-1,4-糖苷键连接成一条长链。但是支链淀粉在此主链上尚可通过-1,6-糖苷键形成分支的例链。此侧链一般含有24-30个D-葡萄糖残基。据研究，支链淀粉至少含有300个-1,6-糖苷键。2，糖原 糖原为动物体内贮存的主要多糖，此多糖相当于植物体内贮存的淀粉，所以糖原也称为动物淀粉；高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。人类肝脏中的糖原含量可达肝脏于重的百分之十左右。软体动

9、物也含有糖原，甚至于在玉米和一些细菌中也曾发现能合成类似糖原的多糖成分。糖原的结构 糖原分子具有铰多的分支结构。支链淀粉的分支结构是以24个葡萄糖残基为其分支的长度，但糖原的分支结构则是平均以12个葡萄糖残基为其分支的长度。3，纤维素 纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。植物体内约有50的碳存在于纤维素的形式。估计地球上绿色植物每年大约净产有机物15-201010。吨，其中纤维素占三分之一至二分之一。棉花、亚麻、芋麻和黄麻部含有大量优质的纤维素。木材中的纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。纤维素的结构 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成 的直链，天然纤维素为无臭、无味的白色丝状物。纤

10、维素不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。不溶于水。4，几丁质（壳多糖）几丁质也大量存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳之中。于是几丁质(chitin)可称为甲壳质。虾、蟹壳个富含的甲壳质是一种白色、无定形的半透明物质。据研究资料估计白然界中每年生成的几丁质约有一百亿吨。在天然聚合物中几丁质的贮存量占第二位，仅次子纤维素。几丁质的结构 几丁质的水解产物为2-氨基-D-葡萄糖(简称为葡糖胺)。目前认为几丁质是由乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖。因此几丁质(甲壳质)也可称为聚乙酰氨基葡糖(或壳多糖)。几丁质分子为2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡糖的同聚物；各个残基都是通过-l，4-糖苷键的形式联接成不分支的长链结

11、构。二、糖胺聚糖和蛋白聚糖 粘多糖，也叫糖胺聚糖，它与蛋白质结合构成蛋白聚糖，又称粘蛋白。它存在于软骨、腱等结缔组织中，构成组织间质。各种腺体分泌出的起润滑作用的粘液多富含粘多糖。在维持细胞环境的相对稳定性和正常生理功能都起着重要作用。肝素为体内自然存在的抗血凝物质。人体和动物的生长、组织修复、抗菌、抗炎、抗过敏、成骨、组织老化、动脉硬化和胶原病等都与糖胺聚糖有密切关系。1，糖胺聚糖 糖胺聚糖是由特定二糖单位多次重复构成的杂聚多糖，因其二糖单位中都含有己糖胺而得名。不同糖胺聚糖的二糖单位不同，但一般都由一分子己糖胺和一分子己糖醛酸或中性糖构成。单糖之间以1-3键或1-4键相连。糖胺聚糖是高分子

12、量的胶性物质，分子量可达500万。糖胺聚糖按其分布和组成分为以下五类：硫酸软骨素，硫酸皮肤素，硫酸角质素，肝素和透明质酸。其中除角质素外，都含有糖醛酸；除透明质酸外，都含有硫酸基。（1）透明质酸 分布于结缔组织、眼球的玻璃体、角膜、细胞间质、关节液、恶性肿瘤组织和某些细菌壁中，有自由及与蛋白质结合两种类型。透明质酸的分子为链形，无分支，其单位结构是D-葡糖醛酸同N-乙酰葡糖胺以-1,3-糖苷键连接成二糖单位。后者以-1,4-糖苷健同另一二糖单位连接。（2）硫酸软骨素 为软骨的主要成分，结缔组织、筋腱、皮肤、心瓣膜、唾液中也含有。硫酸软骨素是由D-葡糖醛酸与N-乙酰半乳糖胺硫酸酯以-1,3-糖苷

13、键连接成的二糖单位的多聚物，由于硫酸酯的位置不同分为软骨素-4-硫酸（硫酸软骨素A）和软骨素-6-硫酸（硫酸软骨素C）。治疗肾炎、急慢性肝炎、偏头痛、动脉硬化及冠心病等（3）硫酸皮肤素 又称硫酸软骨素B，最初是从猪皮肤中分离出来的，后来发现它存在于许多动物组织，如猪胃粘膜、脐带、肌腱、脾、脑、心瓣膜、巩膜、肠粘膜等中。它的结构与软骨素-4-硫酸相似，只不过二糖单位中的D-葡糖醛酸基被L-艾杜糖醛酸基取代。（4）硫酸角质素 硫酸角质素首先从角膜的蛋白水解液中分离出来，它是由N-乙酰萄糖胺和D-半乳糖构成的二糖单位的多聚物，其N-乙酰葡糖胺的C-6位上硫酸酯化。（5）肝素 最初从肝脏和心脏提取得到

14、，由于肝脏中的含量最为丰富，故得此名。实际上它广泛分布于哺乳动物组织和体液中。猪肠粘膜中含量十分丰富，肺、脾和肌肉中含量亦很高，肾、胸腺和血液中的含量则比较少些。肝素的化学结构比较复杂，它是由D-葡糖胺和L-艾杜糖醛酸或D-葡糖醛酸构成的二糖单位的多聚物。肝素的生物学作用是抗凝血和加速血浆中三酰甘油的清除。目前输血时，广泛以肝素为抗凝剂，临床上也常用于防止血栓形成。2，蛋白聚糖 蛋白聚糖是由蛋白质和糖胺聚糖通过共价键连接而成的大分子复合物。蛋白聚糖含糖量比糖蛋白高，但它与糖蛋白的主要差别不在于糖部分所占的比例比较高，而在于糖的结构和性质不同。蛋白聚糖中的糖胺聚糖与蛋白质之间的连接有3种类型：D

15、-木糖与丝氨酸羟基之间形成的O-糖苷键；N-乙酰半乳糖胺与苏氨酸或丝氨酸之间形成的O-糖苷键；N-乙酰葡糖胺与天冬酰胺氨基之间形成的N-糖苷键。木糖丝氨酸连接键是结缔组织蛋白聚糖所特有的。在蛋白聚糖的分子结构中，蛋白质分子居于中间，构成一条主链，称为核心蛋白，糖胺聚糖分子排列在蛋白质分子的两侧。这种结构称为蛋白聚糖的“单体”。单体的糖胺聚糖链的分布是不均匀的。软骨蛋白聚糖是由硫酸角质素和硫酸软骨素与核心蛋白共价结合在一起形成蛋白聚糖单体，由蛋白聚糖单体、连接蛋白和透明质酸形成蛋白聚糖聚集体。1肽聚糖 肽聚糖是以N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）与乙酰胞壁酸（NAM）组成的多糖链为骨干与四肽连接所成的

16、杂多糖。NAG与NAM之间的连接为-1，4苷键。胞壁酸的羧基与四肽的L-丙氨酸的氨基相连。三、细菌多糖 这里所指的细菌多糖包括作为细菌胞壁的杂多糖，如肽聚糖、磷壁酸、脂多糖和有抗原性的多糖（如肺炎菌多糖）。所有细菌和蓝藻的细胞壁都含有肽聚糖。革兰氏阳性细菌细胞壁所含的肽聚糖占其干重的5080，革兰氏阴性细菌细胞壁的肽聚糖含量占其干重的110。肽聚糖的功用是保护细菌细胞不易被破坏。2，磷壁酸 磷壁酸一词代表两类从革兰氏阳性细菌提出的含磷丰富的化合物。一类是以甘油磷酸为基本单位的多聚物，称甘油磷壁酸，一类是以核糖醇磷酸为基本单位的多聚物，称核糖醇磷壁酸。甘油磷壁酸的结构又分下列三个类型：核糖醇磷壁

17、酸分子的基本结构单位是核糖醇磷酸。在基本结构单位外还含有D-丙氨酸糖或氨基糖。其通式可表示如下：第三节 糖蛋白 糖蛋白在自然界中的分布十分广泛，不仅存在于脊椎动物和无脊推动物中，也存在于植物、单细胞有机体和病毒中。在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白质共价连接，在低等动物以及植物中情况也可能如此。糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖基少则只有一个，多则可达数百个，后者的糖基常常连接成寡糖链，又称为聚糖（glycan）。一、糖蛋白的结构 在糖蛋白中发现的糖组分包括D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、L-岩藻糖、D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡糖胺、D-半乳糖胺及神经氨酸的N-或

18、O-乙酰与N-羟乙酰的衍生物。在有些粘液分泌物、卵白、脑及海胆卵的胶质膜等的糖蛋白中发现含有O-硫酸基。1，糖蛋白中糖链的化学组成弹性蛋白酶的结构 2，糖肽连接键的类型 一条寡糖链与蛋白质中氨基酸残基可通过多种方式共价连接，从而构成糖蛋白的糖肽连接键（简称糖肽键）。参与糖肽共价连接的氨基酸种类较少，常见的是丝氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、羟赖氨酸、羟脯氨酸。（1）N-连接糖链 在糖蛋白中仅有一种糖残基与天冬酰胺相连，即N-乙酰-D-葡糖胺，生成的键是4-N-(2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡糖基)-L-天冬酰胺，这种连接方式有时称为N（或Asn）连接型糖链或N-聚糖。这类糖链一般由6到数十个糖基连

19、接成糖链，糖链都有分支，特别是血浆糖蛋白(如血清类粘蛋白、免疫球蛋白、激素类糖蛋白、甲状腺球蛋白等)多属于此类型。（2）O-连接糖链 糖基或糖链的还原端与蛋白质肽链中的Ser、Thr或羟赖氨酸羟基中的氧原子相连称为O-连接糖链。含此连接键的糖蛋白有时称为O-糖苷键型糖蛋白，这种连接方式很容易被稀碱水解。根据连接的氨基酸残基不同分为两种类型。糖基和羟赖氨酸的羟基连接 这类糖基只存在于胶原中，只有一个半乳糖(Gal)或其外侧再连有葡萄糖(Glc），组成Glc-Gal二糖。糖基或糖链与Ser、Thr的羟基连接 这类连接方式的种类较多，主要有以下几种形式：岩藻糖（Fuc）与Ser/Thr连接：在一些含

20、有表皮生长因子(EGF)结构域的蛋白质中发现的仅有一个岩藻糖基的糖-蛋白连接方式，其中Ser/Thr的N侧常常是两个连续的Gly残基。N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）与Ser/Thr连接：这种连接方式也是每个连接位点只有一个糖基，但可有多个连接位点。这种类型的连接存在于细胞质、核质或核膜的蛋白质中，包括许多神经细丝蛋白、突触囊泡蛋白、细胞骨架蛋白、转录因子和癌基因蛋白中。N-乙酰氨基半乳糖（GalNAc）与Ser/Thr连接：这是最常见的O-连接方式，糖基最少只有一个GalNAc，多达18个以上。GalNAc以 1，4 键与蛋白质肽链上的Ser/Thr连接，有时又称为O-GalNAc连接或O

21、-GalNAc糖链。在此基础上，其它糖基可连接成长链或分支糖链。这类糖链在糖蛋白中普遍存在，因为其广泛存在与粘蛋白中，又称为粘蛋白型聚糖。糖基组成除GalNAc外，还有Gal和GlcNAc。酸性的O-GalNAc聚糖末端可含有唾液酸（SA或Sia），高等动物中的SA主要是乙酰神经氨酸（NeuAc）。有时末端也含有岩藻糖（Fuc），但整个聚糖不含甘露糖（Man）。粘液蛋白中糖基化的程度高，平均大约每隔两个残基就出现一个糖基化的苏氨酸或丝氨酸。但有的糖蛋白中只有几个苏氨酸或丝氨酸发生糖基化。如人低密度脂蛋白的脱辅基脂蛋白C-III仅含一个糖基化的苏氨酸残基。3,糖蛋白中糖链部分的结构(1)N-连接

22、型聚糖 N-聚糖都是由一个分支的五糖核心和不同数量的外链构成。N-聚糖的五糖核心 由内侧的两个以1，4键连接的 GlcNAc和外侧的3个Man组成，其中两个Man分别以1，3和1，6键和内侧的另一个Man相连，构成N-聚糖的1，3臂和1，6臂。内侧的Man则以1，4键再与内侧的GlcNAc相连。有些N-聚糖的内侧GlcNAc还以1，6键连接一个Fuc，称为核心Fuc。也可再在-Man上连接一个GlcNAc，这个GlcNAc处于两个-Man之间。分型 N-聚糖按两个-Man上连接糖基的不同而分成三种类型：高甘露糖型（high mannose subtype）：在这种类型中，其五糖以外的糖基全部是

23、Man，其中不分支时的连接为1，2，而分支时的连接为1，3或1，6。复杂型(complex subtype):在 1，3Man的C2和C4位以及 1，6Man的C2和C6位上连接有数目不同的外侧糖链，一般简称外链，又称为天线。每条天线从内到外由互相连接的GlcNAc、Gal和SA(NeuAc)或/和Fuc组成，最短的外链只有一个GlcNAc构成。凡是带有SA的称为酸性糖链，缺少SA或以Fuc取代SA 的则称为中性糖链。杂合型(hybrid subtype)：在核心的两个-Man上，一个1，3Man连接有复杂型的外链，由GlcNAc、Gal和SA(NeuAc)或/和Fuc组成的天线，而另一条1，

24、6Man上则连接一个或多个Man，即其一半分子类似复杂型，另一半分子类似高甘露糖型，故称为杂合型。天线数 复杂型N-聚糖的天线数目可有15条，其中单天线很少见，仅存在与极少数糖蛋白（如绒毛膜促性腺激素）中，一般与1，3Man连接。二天线比较多见，两条天线都以1，2键分别连接于两个Man的C2位上，故称C2C2二天线N-聚糖。三天线有两种形式：一种是两条外链分别连于1，3Man的C2位（1，2键）和C4位（1，4键）上，另一条外链连于1，6Man的C2位（1，2键）上，称为C2,4C2三天线N-聚糖。另一种是两条外链连于1，6Man的C2位和C6位（1，6键）上，另一条外链连于1，3Man的C2

25、位上，称为C2C2,6三天线N-聚糖。四天线糖链在正常细胞中含量较少，它的两条外链链于1，3Man的C2位和C4位上，另两条外链连于1，6Man的C2位和C6位上，故又称为C2,4C2，6四天线N-聚糖。五天线糖链仅存在于鸟类的糖蛋白中，即1，6臂上Man的2，4，6位分别以1，2键、1，4键和1，6键各接一条外链，又称C2,4C2，4，6五天线N-聚糖。外链结构 N-聚糖外链中各种糖基的组成和连接方式较多，其中Gal和内侧GlcNAc的连接可以是1,3或1,4，以1,4较为常见。Gal的外侧可以2，6或2，3键与SA相连，如Fuc取代SA和Gal连接，一般为1,2键，而当Fuc和GlcNAc

26、相连时，则为1，3或1，4键。在灵长类以下哺乳动物的N-聚糖中，其外链Gal1，4GlcNAc二糖单位的Gal外侧可再连接Gal1，3。2，O-GalNAc聚糖（1）单糖基和双糖基 最简单的O-GalNAc连接只有一个GalNAc，存在于为数不多的粘蛋白及分泌性糖蛋白中，如颔下腺粘蛋白、胃粘蛋白和IgA等。已发现的由两个糖基组成的O-GalNAc聚糖有以下四种：SA2,6GalNAc1Ser/Thr；Gal1,3GalNAc1Ser/Thr；GlcNAc1,3GalNAc1Ser/Thr；GalNAc1,3GalNAc1Ser/Thr.（2）多糖基 含有两个以上糖基的O-GalNAc3聚糖，其

27、结构可分为核心、骨架和非还原性末端三个部分。核心：O-GalNAc聚糖的核心至少有8种类型，主要由内侧的GalNAc和外侧的Gal或/和GlcNAc以不同发连接方式组成，也可由两个GalNAc组成，其中14种类型核心比较常见。骨架：是指核心外侧的延长部分。O-GalNAc聚糖的骨架和N-聚糖的外链相似，基本上由 连接的Gal-GlcNAc二糖单位组成，也 有 Gal1，3GlcNAc-1型 结 构、Gal1，4GlcNAc-2型结构以及（Gal1，4GlcNAc1，3）n聚糖结构。非还原末端：O-GalNAc聚糖的非还原性末端可有2，6或2，3连接的SA，分别与Gal或GalNAc相连接，有一

28、部分的O-GalNAc聚糖的末端糖基含有HSO3-，HSO3-有时也存在于糖链中间的糖基上。二、糖蛋白中糖链部分的功能 糖蛋白的种类繁多。糖蛋白存在于细胞质、质膜、细胞壁、分泌物、粘蛋白和体液中。在自然界其分布也甚广泛；具有物质运输、血液凝固、生物催化、润滑保护、结构支持、粘着细胞、降低冰点、卵子受精、免疫和激素活性等生物功能，因此在机体内起极其重要的作用。在上述生物功能中最引人注意的是细胞质膜糖蛋白的功能。质膜在主动运输、作为病毒、激素和抗体的受体、参与细胞间的识别和粘着等作用中与糖蛋白密切相关。凝集素的特异结合作用 凝集素是一类广泛存在于自然界的一大类非免疫来源的蛋白质或糖蛋白，它能与糖专

29、一性地、非共价地可逆结合，并且有凝集血细胞的作用，故称为凝集素。凝集素可与糖专一性地结合。目前按结合糖的类型，凝集素可分为六类：D-甘露糖或D-葡萄糖；N-乙酰氨基葡萄糖；N-乙酰氨基半乳糖；D-半乳糖；L-岩藻糖；唾液酸。在植物凝集素中，只有麦胚凝集素（WGA）可专一结合唾液酸。细胞间的粘附是细胞间相互作用起决定性作用的起始步骤。作为致病的微生物，首先对宿主细胞进行粘着，然后才能感染和致病。细胞表面的凝集素能专一地识别并结合另一细胞的糖链。凝集素的这种特性，在细胞与细胞，细胞与基质的粘附中起一定作用。1990年11月，三个小组同时发现了血管内皮细胞白细胞黏附分子1（ELAM1），后改称E选择

30、素（E-selectin），又称为动物凝集素，能识别白细胞表面的SLex(一种血型抗原)四聚糖。当组织受损或感染时，白细胞黏附于内皮细胞，沿血管壁滚动并穿过管壁进入受损组织，杀灭入侵病原物，但过多的白细胞聚集，则会引起炎症及类风湿等自身免疫疾病。美籍华裔科学家王启辉首先用酶法合成了SLex，并已由Cytel公司生产。Glycomed公司则从中药甘草中，找到了SLex的类似物甘草素，可用于封闭血管内皮细胞表面的E选择蛋白，从而达到抗炎的目的。构成某些抗原的决定子 细胞和生物分子的一个很重要的特性就是表型和抗原性，据此细胞和分子能彼此区别，人类的ABO血型以及相关血型抗原性是由糖链决定的。A型和B

31、型抗原决定簇的不同只是在于糖蛋白和糖脂中的糖链的非还原端的一个糖残基.ABO血型细胞表面糖链的结构 第四节 糖蛋白的生物合成 糖蛋白是复合蛋白，因此，糖蛋白的生物合成自然包括蛋白质的合成和糖链合成两个部分。糖蛋白中蛋白部分的合成和其他蛋白质的合成一样是在细胞质中的核糖体上进行，只是在肽链生物合成的同时或合成后，糖链作为一种翻译后加工的过程被接到肽链上的特定的糖基化位点。糖链的存在对肽链的折叠，糖蛋白的进一步的成熟、分拣、投送，以及最后的定位都有重要的影响。一、糖链生物合成的特点 糖链的生物合成和肽链、多聚核苷酸的生物合成有本质的不同。肽链、多聚核苷酸的生物合成基本上都是有模板的。而糖链的合成是

32、没有模板的，糖链的生物合成是由糖基的接受体、糖基的供体和糖基转移酶这三类分子协调完成的，三者缺一不可，其中又以糖基转移酶占了主导地位。1，糖基转移酶 糖基转移酶将糖基供体上活化的糖基转移到糖基接受体上，糖基转移酶对糖基的供体和接受体都有较高的专一性。因此，每个糖苷连接键为一个糖其转移酶催化的产物，即一个糖苷键对应一个糖基转移酶。由于糖链，特别是糖复合物中糖链的结构的复杂性，致使糖链的生物合成需要多个糖基转移酶的协同作用，前一个糖基转移酶的产物，是后一个糖基转移酶的底物，如果说一个糖苷键对应了一个糖基转移酶，进而对应了一个基因，那么，一条糖链则对应了一组糖基转移酶，进而也对应了一个基因组。2，糖

33、基的供体 游离的单糖不能作为糖基转移酶所用的糖基供体，一定要经过活化，最常见的糖基的活化方式有两种：一是核苷酸的形式；另一是磷酸长萜醇（Dol）的形式。长萜醇是聚异戊二烯的衍生物，在它的一端有一个羟基。单糖可以有多种活化的方式 一种单糖可以有多种活化的方式，如Glc有5种活化形式，它们分别在不同的糖基转移反应中作为G1c的供体。UDP-Glc；ADP-Glc；GDP-Glc；dTDP-Glc；Do1-P-P-Glc。二、N-糖链的合成 N-寡糖链前体的开始合成是在内质网进行，随后又在高尔基体内加工，全部合成大致可分为四步进行。（1）合成以酯键相连的寡糖链前体；（2）将寡糖链前体转移到正在增长着

34、的肽链上；（3）除去寡糖链前体中的某些糖单位；（4）在剩余的寡糖核心上在加上另外的糖单位。1，寡糖链前体的合成 2，寡糖链前体的转移 在寡糖链前体生物合成后，被完整地转移到新生肽链的某些N-糖基化位点上（反应1），在合成过程中作为糖基载体的Dol-P-P被游离出来。Dol-P-P经磷酸酶水解释放出无机磷酸，变成磷酸长萜醇被循环使用。3，寡糖链前体的后加工 转移到新生肽链上的寡糖链前体的后加工开始于内质网，首先由两个不同的-葡萄糖苷酶分别切除由Man延伸的3个Glc（反应2-3）和1个Man（反应4），随后尚未完成加工过程的糖蛋白被裹在由膜形成的囊泡中转移到高尔基体进一步加工。4，N-糖链的成熟

35、 N-糖链的成熟过程是在高尔基体内进行的。在糖蛋白通过高尔基体膜囊的途中，甘露糖残基已经过修剪，N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、岩藻糖以及唾液酸残基都根据需要连接到糖蛋白分子上，从而完成它的加工（反应1-7）。三、O-糖链的生物合成 O-糖链的结构比N-糖链简单，但是种类比N-糖链多，肽链中可以糖基化的主要是丝氨酸和苏氨酸，此外还有酪氨酸、羟赖氨酸和羟脯氨酸，连接的位点是这些残基侧链上的羟基氧原子，后者可以和很多种单糖生成糖苷键，其中以通过GalNAc和丝氨酸或苏氨酸残基相连的O-糖链(以下简称为O-GalNAc糖链)研究得最多，这是因为这类O-糖链分布最广。为此O-糖链的生物合成中也以O-GalN

36、Ac糖链的生物合成研究得最详细。狗颌下唾液腺O-连接糖链的合成途径 O-糖链生物合成过程最清楚的是黏蛋白的生物合成，黏蛋白是由颌下唾液腺分泌的一种O-连接糖蛋白，它的合成是在高尔基体中进行的。四、蛋白糖基化和去糖基化的化学调控 在生物体内，大多数蛋白质都是以糖蛋白形式存在，它们包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白，涉及到细胞识别、信息传递、激素调节、受精、发育、神经系统和免疫系统恒态维持等各个方面的功能。许多疾病的发生和发展，如炎症及自身免疫疾病、老化、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等都与糖蛋白寡糖链的变化密切相关。因此，针对糖链的变化，利用小分子化合物抑制糖苷转移酶和

37、糖苷酶的催化活性，可以控制糖链的合成和水解，从而达到治疗疾病的目的。1，寡糖链后加工的糖苷水解酶抑制剂 寡糖链的合成和后加工过程包括了一系列糖苷水解酶的作用，如酶葡萄糖苷水解酶I（水解寡糖链前体最外侧的葡萄糖基）、葡萄糖苷水解酶II（水解内部的葡萄糖基）、甘露糖苷水解酶RER、甘露糖苷水解酶I、II等。（1）-葡萄糖苷酶抑制剂-葡萄糖苷酶在机体的许多代谢过程中起着关键的作用，并与许多因代谢紊乱失调而引发的疾病有密切关系，如糖尿病、癌症、病毒感染等。对肠道-葡萄糖苷酶具有抑制作用的一些化合物已成为治疗糖尿病的一类新药，如已经上市的治疗糖尿病的拜糖平和米格列醇等。在寡糖链生物合成中，内质网内有两种

38、-葡萄糖苷酶催化寡糖链前体最末端的3个葡萄糖基，以利于N-寡糖链的形成。因此，能够阻断寡糖链生物合成的-葡萄糖苷酶抑制剂，也被用作抗病毒和抗肿瘤的药物。第一个用于临床抗病毒作用的-葡萄糖苷酶抑制剂是N-丁基-1-脱氧野尻霉素(Bu-DNJ,SC-48334)，它对-葡萄糖苷酶I的抑制常数Ki为0.22mol/L，具有明显的抗HIV作用。第二个用于临床的抑制剂是一种从澳大利亚的植物中分离得到的生物碱（castanospermine,cast）的衍生物，即6-O-丁酰-cast（BuCast,MDL28574），该化合物对HIV的抑制作用比原始的生物碱强30倍，但抑制糖蛋白加工所需的IC50却比c

39、ast大10倍。（2）-甘露糖苷酶抑制剂-甘露糖苷酶I和II主要存在高尔基体中，-甘露糖苷酶抑制剂不影响寡糖链前体中葡萄糖基的切除，但是可以终止N-糖链的进一步加工成复合型糖链，结果得到的糖链为高甘露糖型或杂合型的糖链结构。甘露糖的衍生物甘露糖-1-脱氧野尻霉素（DMJ）结构同1-脱氧尻霉素类似，对-甘露糖苷酶I具有较强的抑制作用。苦马豆碱（swainsonine,swain）是-甘露糖苷酶II的特异性抑制剂，它能改变细胞表面的糖类抗原决定部位的表达，进而影响到肿瘤的转移和入侵，以及在体外的生长，表现出抑制肿瘤转移的能力。2，糖苷转移酶抑制剂 糖基转移酶是糖基化过程的关键酶。由于许多疾病的发生

40、和发展过程中，糖苷转移酶的活性增高，导致糖链的天线数目增加，因此，糖苷转移酶抑制剂可以作为治疗某些疾病的特异性药物。目前所发现的糖苷转移酶抑制剂大多数是根据该酶催化反应的底物结构和催化机制设计合成的，如人们设计了多种UDP-Gal类似物作为-半乳糖基转移酶的抑制剂以及N-乙酰氨基葡萄糖转移酶的抑制剂。3，神经氨酸酶抑制剂 2009年3月，墨西哥暴发“人感染猪流感”疫情，造成人员死亡。经研究发现，此次疫情的病原为变异后的新型甲型H1N1流感病毒，该毒株包含有猪流感、禽流感和人流感三种流感病毒的基因片段，可在人际间传播。随着对疫情性质的深入了解，世界卫生组织（WHO）现已将其由“猪流感”更名为“甲

41、型H1N1流感”流感病毒 流感病毒大致分甲、乙、丙三种类型。其中，甲型攻击力最强，而且极易变异，造成爆发或大流行。甲型流感病毒主要就是血凝素和神经氨酸酶的变异。病毒学家给编上了不同的编号，如H1、H2、N1、N2等。其中可以有一种或两种以上发生变异，专家根据这些编号给流感病毒分类。流感病毒表面有两种糖蛋白：神经氨酸酶和血凝素。神经氨酸酶（NA)可催化裂解宿主细胞和病毒粒血凝素和NA上糖侧链末端的唾液酸残基，从而促进病毒粒子从感染的呼吸道粘膜向周围组织扩散。此外NA还同样具有病毒的致病性，通过改变表面糖蛋白血凝素的碳水化合物部分，增强病毒株的毒性，可引起流感症状和气道炎症的发生。神经氨酸酶（又称

42、为唾液酸酶，NA）抑制剂通过选择性地抑制、型流感病毒的神经氨酸酶，使病毒难以释放，并促进已释放的病毒相互凝聚，继而死亡。第一个可抑制流感病毒NA的抑制剂是2-脱氧-2,3-脱氢-N-乙酰神经氨酸(DANA，Neu5Ac2en)，但由于活性及其特异性太低，无临床使用价值。后来根据NA与底物唾液酸复合物的晶体结构合成了4-胍基DANA(Zanamivir，扎那他韦)，商品名为瑞乐砂（Relenza）对流感病毒NA抑制效果提高500倍。1997年设计了一种新型神经氨酸酶抑制剂奥司他韦(Oseltamivir)，即达菲（Tamiflu）其与流感病毒NA比对人的同类酶的亲和力大100万倍，被认为是目前发现的特异性最高的药物，该药物于1999年在北美、欧洲和日本等地上市。此外还有多种神经氨酸酶抑制剂类药物正处于前期开发中，如BANA-113、A-192558等。