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Glycobiology

Glycobiology. 糖生物学 林跃鑫 xxl@fjnu.edu.cn 13809503060. 糖生物学研究进展. 一、 糖类的分布、分类和结构 1、分布与分类： 单糖 寡糖 淀粉

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  1. Glycobiology 糖生物学 林跃鑫 xxl@fjnu.edu.cn 13809503060

  2. 糖生物学研究进展 一、糖类的分布、分类和结构 1、分布与分类： 单糖 寡糖 淀粉 糖类 同聚多糖 糖元   纤维素 多糖 糖蛋白 杂聚多糖 蛋白聚糖 脂多糖 糖酯

  3. 2、复合多糖的分类 2.1糖类和肽类的复合物 （1）糖蛋白：动物血清中的转铁蛋白，免疫球蛋白等；细胞间质中的纤粘连蛋白，层粘连蛋白等；促绒毛膜性腺激素，促甲状腺素等蛋白激素；促红细胞生成素，白细胞介素等生长因子和细胞因子；各种类型的粘蛋白。 （2）蛋白聚糖：饰胶蛋白聚糖。可聚蛋白聚糖，粘结蛋白聚糖，纤调蛋白聚糖，串珠蛋白聚糖等。 （3）肽聚糖

  4. 2.2 糖类和脂类的复合物 （1）糖脂 （2）脂多糖 2.3 糖类、脂类和蛋白质的三元复合物：GPI蛋白。

  5. 3、结构 3.1 糖蛋白的结构特征 （1）N-糖苷键连接（N-糖链） （糖链） N-乙酰氨基葡萄糖（Glc-NAc）——Asn-x-Ser/Thr （肽链）

  6. 高甘露糖型: Manα1-2Manα1-6 Manα1-2Manα1-3Manα1-6 Manβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNacβ1-Asn Manα1-2Manα1-2Manα1-3

  7. 杂合型： Manα1-2Manα1-6 Manα1-2Manα1-3Manα1-6 GlcNAcβ1-4Manβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-Asn NeuAcα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2Manα1-3

  8. 复杂型： Neuα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-4Manα1-6 Fucα1-6 GlcNAcβ1-4Manβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-Asn Neuα2-6Galβ1-4GlcNAcβ1-2Manα1-3

  9. (2) O-糖苷键连接的糖链（O-糖链）：

  10. 3.2 糖蛋白的整体结构： 含糖量：5%-10%； 含糖链：一条到十几条。

  11. 3.3 蛋白聚糖（PG）的结构特征 丝甘蛋白聚糖（Ser-Gly） (mw 2万) 饰胶蛋白（修饰原胶原纤维） 核心蛋白 （mw3.6万） 粘连蛋白（跨膜蛋白） (mw3.2万) 可聚蛋白（软骨成分） 蛋白聚糖 (单体mw22.5-50万,整体mw250万) 透明质酸 (2.5万个重复,整体mw1千万) 硫酸软骨素 糖胺聚糖 (mw10万,250个重复,) (粘多糖) 硫酸角质素 (mw4万,80个重复) 硫酸乙酰肝素和肝素 (mw10万)

  12. 3.4 糖脂的结构特征 中性鞘糖脂 鞘糖脂 （哺乳动物器官） 神经节苷脂 酸性鞘糖脂 硫酸脑苷脂 糖脂 甘油糖脂 （植物、微生物）   磷酸多萜醇衍生糖脂 类固醇衍生糖脂

  13. 鞘氨醇 （1）中性鞘糖脂组成: 脂肪酸 糖 链 红细胞膜上的巨糖脂具有ABO型和Ii抗原活性。 （2）酸性鞘糖脂组成： ——含NeuAc，存在于各组织的细胞膜上，神经系统尤为丰富。 ——含NeuGc，存在于某种肿瘤组织。

  14. (3)   糖基磷脂酰肌醇化（GPI）蛋白 • 基本结构：糖链、肌醇磷酸、长脂肪链。 • 类别： a：细胞表面的水解酶：碱性磷酸化酶，乙酰胆碱酯酶等。 b：原虫外表的抗原蛋白：锥虫表面糖蛋白等。 c：淋巴样抗原：胸腺细胞Thy-1等。 d：粘着分子：神经元上的N-CAM-120，红细胞上的LFA-3等。 e：其它： 人红细胞和其它组织的衰变加速因子（CD55）（补体调节因子） 肝癌细胞的糖蛋白； 人癌胚抗原； 小细胞肺癌细胞表面抗原等。

  15. 糖类结构的复杂性

  16. 糖型（Glycoform） 1、 牛胰核糖核酸酶（BP-RNase） BP-RNaseA：简单蛋白 BP-RNaseB：高甘露糖型 Asn34 –N糖链 BP-RNaseC、D：复杂糖型 2、免疫球蛋白（IgG） 每分子平均含糖链2.8条，两条重链Fc保守区Asn297 上各一条，Fab高变异区可有可无。 糖链为复杂型，可含或不含NeuAc、Gal、GlcNAc等， 其N-糖链结构可达30多种。

  17. 糖链的生物合成 1、糖基供体： （1）核苷酸形式： UDP活化方式：Glc、GlcNAc、GlcUA、Gal、GalNAc、GalUA、Xyl、Ara、IduUA。 GDP活化方式：Man、ManUA、Fuc。 CMP活化方式：NeuAc。 （2）长萜醇形式： DolPP活化方式：Man、Glc、GlcNAc 2、糖基受体： 糖蛋白、蛋白聚糖：肽链中氨基酸残基； 糖脂、GPI复合物：鞘氨醇、脂酰甘油。

  18. 3、糖基转移酶： 对糖基和糖基受体有高度专一性，一种糖苷键对应一个糖基转移酶。 N-糖链合成时的N-乙酰氨基葡萄糖基转移酶（GlcNAc T）有8种，其对应的受体亦不同：

  19. GlcNAc T Ⅶ [GlcNAcβ1-3]Galβ1-4 GlcNAc T Ⅴ [GlcNAcβ1-6] GlcNAc T Ⅵ [GlcNAcβ1-4]Manα1-6 GlcNAc T Ⅱ [GlcNAcβ1-2] GlcNAc T Ⅲ [GlcNAcβ1-4]- Manβ1-4R GlcNAc T Ⅰ [GlcNAcβ1-2]-Manα1-3 GlcNAc T Ⅳ [GlcNAcβ1-4] R=GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-Asn Fucα1-6 7种糖苷转移酶和对应受体

  20. 糖链结构复杂性的生物学意义

  21. ABO血型和相关血型的糖链抗原的生物合成途径：ABO血型和相关血型的糖链抗原的生物合成途径： Le基因 未知基因X Galβ1---3GalNAc Glcβ1---3GlcNAc Galβ1-3GalNAc Glcβ1---4GlcNAc Fucα1---4 GDP-Fuc GDP-Fuc GDP-Fuc GDP-Fuc Fucα1---3 Lea Lex H 基因 Fucα1---2Galβ1---3GlcNAc Sc基因Fucα1---2Galβ1---4GlcNAc H抗原 GDP-Fuc GDP-Fuc Le基因UDP-Gal UDP-Gal 未知基因X Fucα1---2Galβ1---3GlcNAc Fucα1---2Galβ1-4GlcNAc Fucα1--4 Fucα1—3 Leb B基因 Ley UDP-GalNAc Galα1—3Galβ1—3GlcNAc Galα1—3Galβ1—4GlcNAc UDP-GalNAc Fucα1—2 Fucα1—2 A基因 B1 B2 A基因 GalNAcα1—3Galβ1—3GlcNAc GalNAcα1—3Galβ1—4GlcNAc Fucα1—2 Fucα1--2 A1 A2 Ⅰ型 Ⅱ型

  22. Ii系统：（红细胞表面抗原） i抗原：线状多聚LacNAc I抗原：分枝多聚LacNAc 在Ii的糖链末端接上其它糖基可演变成ABH或 Lewis抗原 P血型系统： 红细胞抗原中：P1抗原为五糖基的Ⅳ4Galα- nLc4Cer P抗原为四糖基的红细胞糖脂（Gb4Cer， Globoside） Pk抗原为红细胞三糖基神经酰氨（Gb3Cer）

  23. MN抗原： • 血型糖蛋白肽链：131氨基酸，其中N-末端五肽与血型有关： • MM型血型对应的五肽系列：Ser-Ser-Thr-Thr-Gly- • NN型血型对应的五肽系列：Leu-Ser-Thr-Thr-Glu- • N-末端的15肽上接有9条O-糖链，也与抗原决定簇有关。

  24. 2、淋巴细胞亚型标识 Gg4Cer（神经节四糖基神经酰胺）已被鉴定为淋巴细胞系的表面标识。

  25. 3、分化抗原和肿瘤抗原 （1）发育阶段的性胚胎抗原 a、 鼠胚胎2-4期细胞主要表达Gb4Cer；而晚期桑椹胚和早期胚泡主要表达IV3GalNAcαGb4Cer。 b、胚胎抗原（SSEA） SSEA1 Galβ1-4GlcNAcβ1 Fucα1-3 SSEA2 -3GalNAcβ1-3Galα1- SSEA4 NeuAcα2-3Galβ1-3GalNAcβ1-

  26. c、胎儿红细胞富含Gb4Cer，存在i抗原； 成人红细胞的Gb4Cer产生分支，i抗原过渡到I抗原。 d、肿瘤细胞诱导分化时的糖链变化和肿瘤相关抗原。肿瘤细胞表面的糖链变化： （a）N-糖链分支增加 （b）N-糖链某些分支中出现重复的LacNA二糖单位 （c）N-糖链中Neu和L-Fuc含量提高 （d）已关闭的编码糖基转移酶的基因再次启动，分化发育阶段的抗原再次出现

  27. e、自身免疫抗原 在IgG中，因机体Gal T的活性性下降使GlcNAc为末端的糖型升高，抗体变成抗原，诱导产生抗体，引起自身免疫，如类风湿。 （二）糖链携带着分子和细胞识别和粘着信息 1、糖链在细胞识别中的介导作用 （1）作为受体的糖链

  28. 宿主表面的微生物受体 1、病毒 流感病毒——Neu5Nac（A、B型为5-乙酰 神经氨酸，C型为5，9乙酰 神经氨酸） 仙台病毒——Gg 日本脑炎病毒——D-Man

  29. 2、细菌 肺炎球菌——GlcNAc（肺、脑膜细胞） 嗜腐球菌——GlcNAc和GalNAc（呼吸、泌尿系 统，A、AB血型尿路感染该菌占 94.6%而B、O血型很少感染） 霍乱毒素——GM1 不同菌株E. Coli的纤毛和鞭毛的专一凝集素对 不同种属生物或同一生物的不同器官的表面糖型 的识别。

  30. 3、寄生虫 • 恶性疟原虫——红细胞表面的跨膜的血型 糖蛋白A，尤其是末端带 Neu 型糖蛋白A。 • 克鲁斯锥虫——细胞表面的Neu

  31. 糖蛋白激素的受体 糖蛋白激素——糖脂

  32. 糖链的功能 1、糖链参与细胞粘着 • 细胞表面参与粘着相关的分子 ： 整合蛋白 选凝素 免疫球蛋白

  33. 细胞间质中与粘着相关的蛋白 纤连蛋白 层粘连蛋白 玻璃连接蛋白 胶原蛋白 血纤维蛋白

  34. 糖链与糖链的相互作用 神经发生、胚胎发生、形态发生、受 精卵植床、个体发育、细胞癌变等过程中 皆有GSL-GSL间的相互作用。

  35. 2、糖类可作为调节信号 1、糖链与蛋白质定位 （1）溶酶体酶：在糖链还原端上接上Man-6-p 即被包装。 （2）脑垂体合成激素：促黄体激素（LH）、 促滤泡素（FSH）、促甲状腺素（TSH），三者在 同一部位合成，有相同的α亚基，β亚基也相似， 且LH、FSH还在同一种细胞中合成，但因外周糖 链不同，故被送到不同的部位。 FSH非还原端：NeuAcα2-3Galβ1- 4GlcNAcβ1-2Manα LH非还原端：SO4-GalNAcβ1-4GlcNAcβ1- 2Manα

  36. 2、糖链信息的时间性：细胞表面的糖链 变化与细胞分化。 3、动态调节信号：肽链中的Ser、Thr被O- 糖基化，与磷酸化一样，是一种动态调节信 号，直接影响细胞内的一些生理过程。

  37. 3、糖基转移酶 1、分布与定位：粗面内质网和高尔基体。 2、结构特征：Ⅱ型膜结合蛋白，单链。 茎区 N-端 胞浆 穿 膜 穿膜与催化之间 催 化 C-端 4-25aa 约20aa 不限 300-400aa

  38. 3、家族 （1）α1-3Gal家族：3个成员， （2）NeuAc（SA）家族：5个成员 （3）α-Fuc家族：合成Le系列抗原 （4）β1-6GlcNAc家族：4种，包括i抗原转化成I抗原

  39. 4、糖基转移酶缺陷症 （1）阵发性夜间血红蛋白尿症： 该病为获得性疾病，缺失了将GlcNAc转移到磷酸肌醇上的糖基转移酶，缺乏调节补体活性的衰变加速因子和补体积的结合蛋白，红细胞对补体敏感而溶血。 （2）先天性异常红细胞贫血Ⅱ型，即酸化血清溶解试验阳性的遗传性红细胞母细胞多核性（HEMPAS）: GlcNAc转移酶Ⅱ水平低，使杂合型N-糖链不能转化成复杂型N-糖链，其基因水平为2个氨基三残基发生点突变，即His Arg， Ser Phe。

  40. 1、糖基转移酶活性过高症 幽门螺杆菌通过Leb的糖链结构与胃结合，Leb血型的个体发生胃潰疡的可能性更高。Leb合成的酶为α1-3Fuc转移酶。该酶的抑制剂可能对防治胃潰疡有效

  41. 糖结合蛋白——凝集素 自然界广泛存在的一大类非免疫来源 的无糖酶活性的多价糖类结合蛋白。 1、分类： 按其对单糖的专一性分为四类，即 Glc/Man类、Gal/N-GalNAc类、Fuc类和 壳二糖类。

  42. 1、动物凝集素 C类凝素：活性与Ca2+有关，参与体内细胞与细胞，细胞与分子之间的粘着。 选凝素 （1）L选凝素：淋巴细胞表面，与淋巴结中高度内皮化的微静脉产生器官专一性的粘着，使淋巴细胞“归巢” （2）E选凝素：内皮细胞表面使白细胞“滚动”有助于白细胞与内皮细胞表面有关受体的结合。 （3）P选凝素：血小板表面有助于血小板表面的有关受体结合成簇。三种血凝素都与炎症、肿瘤转移、血管生长、血栓形成密切相关。

  43. 类风湿性关节炎和皮肤炎症疾病时E选凝素表达增强。类风湿性关节炎和皮肤炎症疾病时E选凝素表达增强。 • 结肠癌细胞表面sLex 的抗原决定簇易与带E选凝素的内皮细胞结合，导致肿瘤转移。 • 肿瘤和炎症部位的血管生长与E选凝素表达有关。 • 血小板聚集、凝集、血栓形成与P选凝素有关。 • 淋巴细胞和巨噬细胞迁移进入中枢神经系统产生损害、导致髓鞘化疾病与L选凝素有关。

  44. S类凝集素：即半选凝素，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。 与肌肉发育、细增殖调节、免疫 抑制、肿瘤转移有关。 P类凝集素: 使溶酶体酶合成后能被定向的“分 拣”和“投送”到溶酶体中。 正五角蛋白：参与和免疫系统有关的机体防卫， 是一类“急性时相蛋白”在炎症和 感染时成千倍的升高。

  45. 2、微生物凝集素： （1）细菌凝集素： 在致病前的感染过程中起重要的作用，即选 择性粘着、造成器官专一性。 （2）病毒凝集素： 流感病毒：血凝素HA：糖结合专一性为唾 液酸。 人类免疫缺陷症：gp160。 gp120 与T淋巴细胞表面的CD4结合 gp160 gp41 引发病毒与寄主细胞膜结合

  46. （3）原虫凝集素 疟疾：分子量为17。5万的表面抗原蛋 白入侵体，受体是血型糖蛋白A。 溶组织阿米巴：分子量为17万的膜结 合蛋白，专一性的结合N-乙酰乳糖。

  47. 一、糖链、糖复合物与疾病 恶性肿瘤 1、恶性肿瘤中糖蛋白糖链结构的改变 （见下表）

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