第04章糖蛋白与蛋白聚糖课件

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1、第四章 糖蛋白与蛋白聚糖4.1.概述概述糖糖类类指指多多羟羟基基醛醛和和多多羟羟基基酮酮及及其其缩缩合合产产物物， carbohydratecarbohydrate曾曾译译为为碳碳水水化化合合物物；saccharidesaccharide更更多多地地与与 前前 缀缀 组组 词词 ， 如如 monosacchridemonosacchride( (单单 糖糖 ) )、oligosaccharide(oligosaccharide(寡寡糖糖) )和和polysaccharide(polysaccharide(多多糖糖) )等等；sugarsugar除除表表示示食食糖糖外外还还用用于于表表述述糖糖类

2、类的的组组成成，常常有有单单糖糖的的含含义义；glycanglycan则则译译为为聚聚糖糖，是是寡寡糖糖和和多多糖糖的的统统称称。，糖糖类类仅仅仅仅被被视视为为主主要要的的能能源源物物质质、碳碳源源和和结结构构材材料料，对对糖糖类类的的研研究究局局限限于于单单糖糖及及其其代代谢谢，以以及及淀淀粉粉、糖糖原原等等少少数数多多糖糖。虽虽然然早早就就发发现现糖糖- -肽肽共共价价复复合合物物，鉴鉴于于一一些些含含糖糖的的酶酶类类去去掉掉糖糖组组分分之之后后活活性性并并无无明明显显改改变变，因因而把糖组分当作杂质，千方百计加以去除。而把糖组分当作杂质，千方百计加以去除。(1)(1)复合糖的分类：复合糖

3、的分类：复复 合合 糖糖 (complex carbohydrate)可可 分分 为为 聚聚 糖糖(glycam)和和糖糖缀缀合合物物或或糖糖复复合合物物(glycoconjugate)。其其 中中 聚聚 糖糖 包包 括括 同同 聚聚 糖糖 (homoglycan)和和 杂杂 聚聚 糖糖(heteoglycan)； 糖糖 缀缀 合合 物物 则则 包包 括括 糖糖 肽肽 复复 合合 物物(glycopeptede complex)、糖糖脂脂复复合合物物(glycolipidcomplex)和和糖糖-核核酸酸复复合合物物(carbohydrate-nucleicacidcomplex)。糖糖肽肽复

4、复合合物物可可分分为为肽肽聚聚糖糖(peptideglycan)或或胞胞壁壁质质(murein)，是是细细菌菌细细胞胞壁壁结结构构材材料料；糖糖蛋蛋白白(glycoprotein)和和蛋蛋白白聚聚糖糖(proteoglycan)。糖糖脂脂可可分分为为糖糖鞘鞘脂脂(glycosphingolipid)、糖糖基基酰酰基基甘甘油油(glycosylacylglyceride)和和脂脂多多糖糖(lipopolysaccharide)。(2)(2)糖蛋白和蛋白聚糖中常见的单糖组分糖蛋白和蛋白聚糖中常见的单糖组分：糖糖复复合合物物中中常常见见的的单单糖糖组组分分包包括括4种种己己糖糖：D-葡葡萄萄糖糖(D

5、-Glc)、D-半半乳乳糖糖(D-Gal)、D-甘甘露露糖糖(D-Man)、L-岩岩藻藻糖糖(L-Fuc)；两两种种乙乙酰酰化化己己糖糖胺胺：N-乙乙酰酰葡葡萄萄糖糖胺胺(GlcNAc)、N-乙乙酰酰半半乳乳糖糖胺胺(GalNAc)；两两种种糖糖醛醛酸酸：D-葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸(GlcA)和和L-艾艾杜杜糖糖醛醛酸酸(IdoA)；一一种种戊戊糖糖：D-木木糖糖(D-Xyl)以以及及甘甘露露糖糖胺胺与与磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸缩缩合合产产物物，它它的的4、7、9-位位羟羟基基和和5-氨氨基基发发生生取取代代产产生生一一系系列列产产物物，统统称称唾唾液液酸酸(Sia)，其其中中最最重重要

6、要的的是是N-乙乙酰酰-D-神经氨酸神经氨酸(NeuNAc)等。等。(3) 3) 聚糖结构的复杂性：聚糖结构的复杂性：糖糖蛋蛋白白和和蛋蛋白白聚聚糖糖的的聚聚糖糖部部分分尽尽管管由由上上述述为为数数有有限限的的几几种种单单糖糖组组成成，但但每每种种单单糖糖有有吡吡喃喃式式与与呋呋喃喃式式结结构构之之分分，异异头头碳碳有有- -与与- -型型之之分分，每每个个单单糖糖有有多多个个羟羟基基，可可能能以以不不同同的的方方式式形形成成糖糖苷苷键键和和分分枝枝结结构构。两两种种不不同同的的氨氨基基酸酸可可形形成成两两种种二二肽肽；3 3种种不不同同的的氨氨基基酸酸可可形形成成6 6种种三三肽肽；6 6种

7、种不不同同的的氨氨基基酸酸可可产产生生176176种种六六肽肽。而而两两种种相相同同的的己己糖糖可可能能形形成成1111种种二二糖糖；三三种种相相同同的的己己糖糖可可产产生生176176种种三三糖糖；6 6种种不不同同的的己己糖糖则则能能形形成成10109 9种种六六糖糖，如如带带有有分分枝枝六六糖糖的的数数目目可可达达10101212个个。如如果果考考虑虑到到糖糖残残基基不不同同部部位位进进一一步步修修饰饰：磷磷酸酸化化、硫硫酸酸化化、氨氨基基化化、乙乙酰酰化化、糖糖基基内内部部脱脱水水成成内内醚醚等等，聚聚糖糖的的 数数目目无无疑疑会会更更大大。聚聚糖糖结结构构的的复复杂杂性性增增加加了了

8、研研究究工工作作的的难难度度，同同时时暗暗示示它它可可以以蕴蕴含含更更多多的的信信息息，成成为为生生物物信信息息的理想载体。的理想载体。(4) (4) 糖缀合物的许多重要的性质和糖缀合物的许多重要的性质和功能与其糖链特有的结构密切相关功能与其糖链特有的结构密切相关，为了便于表现糖链的结构，我们将采用一为了便于表现糖链的结构，我们将采用一套流行的简化符号系统套流行的简化符号系统( (图图4.1)4.1)，标明糖链，标明糖链单糖之间的连接方式及其修饰状况。单糖之间的连接方式及其修饰状况。图4.1 推荐的描述糖链结构的简化符号与惯例以一个复杂型以一个复杂型分枝的双天线分枝的双天线N-聚糖为例。聚糖为

9、例。除除L-Fuc和和L-IdoA外，其余外，其余糖基均为糖基均为D-型；型；糖链中的单糖糖链中的单糖都是吡喃型都是吡喃型(六六元环元环)的；除的；除Sia的糖苷链从的糖苷链从C2开始，其余开始，其余糖基的糖苷链糖基的糖苷链均从均从C1开始开始。4.2.糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)广广义义的的糖糖蛋蛋白白泛泛指指糖糖肽肽共共价价复复合合物物。为为了了研研究究的的方方便便，目目前前已已将将肽肽聚聚糖糖和和蛋蛋白白聚聚糖糖划划分分出出来来，狭狭义义的的糖糖蛋蛋白白专专指指肽肽链链与与一一个个或或多多个个聚聚糖糖链链共共价价结结合合形形成成的的复复合合物物，其其聚聚糖糖链链通通常常少少于

10、于1515个个单单糖糖残残基基（少少数数聚聚糖糖链链可可能能含含有有2002003030个个单单糖糖残残基基），且大多数具有分枝。，且大多数具有分枝。4.2.1 4.2.1 糖蛋白的结构糖蛋白的结构4.2.1.1 4.2.1.1 糖蛋白结构研究糖蛋白结构研究 糖蛋白的结构研究包括蛋白质部分的结构糖蛋白的结构研究包括蛋白质部分的结构测定和糖链部分的结构测定。测定和糖链部分的结构测定。糖蛋白糖蛋白糖链数目糖链数目糖链平均间距糖链平均间距血清糖蛋白血清糖蛋白511-酸性糖蛋白酸性糖蛋白460胎球蛋白胎球蛋白6113人触珠蛋白人触珠蛋白13209人人2-巨球蛋白巨球蛋白31296牛甲状腺球蛋白牛甲状腺

11、球蛋白19375人转铁蛋白人转铁蛋白2776人人IgG2胰糖蛋白：胰糖蛋白：124牛胰牛胰RNaseB1270DNase1粘蛋白：粘蛋白：羊领下腺粘蛋白羊领下腺粘蛋白8006猪领下腺粘蛋白猪领下腺粘蛋白5008胶原：胶原：兔角膜胶原兔角膜胶原19173牛皮肤胶原牛皮肤胶原8435大鼠皮肤胶原大鼠皮肤胶原4770兔巩膜胶原兔巩膜胶原31000表4-1 糖蛋白中糖链数目与间距的变动 (1)(1)聚糖链与蛋白质的分离：聚糖链与蛋白质的分离： 从从糖糖蛋蛋白白释释放放完完整整的的N-N-聚聚糖糖可可采采用用专专一一的的肽肽：N-N-糖糖苷苷酶酶F F水水解解，也也可可用用肼肼解解裂裂解解。O-O-聚聚

12、糖糖可可用用内内切切-N-N-乙乙酰酰氨氨基基半半乳乳糖糖苷苷酶酶水水解解，或或在在0.050.050.1mol0.1mol L L1 1 NaOHNaOH_ _ molmolL L1 1 NaBHNaBH4 4通通过过- -消消去去反反应应来来完完成成。反反应应中中产产生生的的聚聚糖糖还还原原端端被被NaBHNaBH4 4还还原原成成对对碱碱稳稳定定的的糖糖醇醇，以以防防糖糖链链被被碱碱降降解解。如如用用3 3H H标标记记的的硼硼氢氢化化钠钠，可可对对释释放放的的聚聚糖糖还还原原端端进进行行标标记记，便便于于在在分分离离纯纯化化中中跟跟踪踪。也也可可用用蛋蛋白白酶酶降降解解。产产物物进进行

13、行分分级级分分离离与与纯纯化化，得得到到不同的糖肽和或聚糖链，即可用于结构分析。不同的糖肽和或聚糖链，即可用于结构分析。1(2) (2) 聚糖的单糖组分分析：聚糖的单糖组分分析： 用用糖糖苷苷酶酶或或酸酸碱碱将将上上述述糖糖肽肽水水解解，把把其其中中的的单单糖糖组组分分转转变变成成热热稳稳定定挥挥发发性性衍衍生生物物( (如如糖糖三三甲甲基基硅硅醚醚、糖糖醇醇乙乙酸酸酯酯、糖糖三三氟氟乙乙酸酸酯酯等等) )，再再用用气气- -液液相相色色谱谱法法(gas-(gas-liquid liquid chromatography,GLC)chromatography,GLC)进进行行鉴鉴定定和和定定量

14、量，检检测测精精度度可可达达n n molmol级级。GLCGLC与与质质谱谱法法(mass (mass spectrometry,MS)spectrometry,MS)联联用用，检检测测精精度度可可达达10pmol10pmol级级。如如将将单单糖糖还还原原端端进进行行荧荧光光标标记记，再再用用HPLC(high-pressure HPLC(high-pressure liquid liquid chromatoqraphychromatoqraphy) )与与荧荧光光测测仪仪对对其其进进行行鉴鉴定定和和定定量量，检检测测精精度度可可达达pmolpmolfmolfmol水水平平 。 19801

15、980年年 代代 HPAEC-PAC(high HPAEC-PAC(high pH pH anion-exchange anion-exchange chromatography chromatography with with pulsed pulsed amperometricamperometric detection)detection)用用于于单单糖糖组组分分分分析析，无无需需制制备备单单糖糖衍衍生生物物，检检测测精精度度可可达达5 550 50 pmolpmol水水平平。氨氨基基糖糖可可用用氨氨基基酸酸分分析析仪仪测测定定；唾唾液液酸酸除除用用灵灵敏敏度度较较低低的的比比色色法法测

16、测定定外外，已已能能利利用用高高灵灵敏敏度度GLC-GLC-MSMS对离子化的唾液酸进行测定。对离子化的唾液酸进行测定。(3)糖链结构分析糖链结构分析： 已发展了一系列技术，可对糖链中每个单糖残基的异头结构已发展了一系列技术，可对糖链中每个单糖残基的异头结构(或或)、环式结构类型环式结构类型(p(p或或f)f)以及与其它糖残基连接键的位置进以及与其它糖残基连接键的位置进行测定。这些方法包括外切糖苷酶消化，利用特异性极高的外切糖行测定。这些方法包括外切糖苷酶消化，利用特异性极高的外切糖苷酶水解糖链，再用苷酶水解糖链，再用HPLCHPLC、HPTLC (high- performance thin

17、-HPTLC (high- performance thin-layer chromatography)layer chromatography)和和HPCE(high-performance capillary HPCE(high-performance capillary electrophoresis)electrophoresis)成套仪器进行检测，精度达成套仪器进行检测，精度达fmolfmolpmolpmol级，可得级，可得到糖基连接链位置的信息。由于可用的高专一性外切糖苷酶种类有到糖基连接链位置的信息。由于可用的高专一性外切糖苷酶种类有限，这种方法的应用有很大的局限性。甲基化分析法

18、利用甲基化等限，这种方法的应用有很大的局限性。甲基化分析法利用甲基化等修饰反应制备糖衍生物，经修饰反应制备糖衍生物，经GLCGLC与质谱仪联用进行检测，精度可达与质谱仪联用进行检测，精度可达0.10.110 10 pmolpmol，可鉴定和定量残基上特定位点取代以及糖的环式构可鉴定和定量残基上特定位点取代以及糖的环式构型。质谱法在糖结构分析中可测定糖环上键的类型与位置，如采用型。质谱法在糖结构分析中可测定糖环上键的类型与位置，如采用FAB(fast-atom bombardment)FAB(fast-atom bombardment)、LSIMS(liquid secondary ion LS

19、IMS(liquid secondary ion mass spectrometry)mass spectrometry)和和MSMSMS(tandem mass spectrometry)MS(tandem mass spectrometry)，检测检测精度可达精度可达fmolfmolpmolpmol水平。水平。NMR(nuclear NMR(nuclear maqneticmaqnetic resonance) resonance)用用于糖结构分析可测定糖基的异头构型和键的位置，精度达于糖结构分析可测定糖基的异头构型和键的位置，精度达10pmol10pmoln moln mol水平，最显著

20、的优点是无需制备糖衍生物水平，最显著的优点是无需制备糖衍生物。 (4)糖链序列分析糖链序列分析： 早早期期曾曾用用外外切切糖糖苷苷酶酶从从糖糖链链非非还还原原端端依依次次切切下下特特定定的的单单糖糖，同同样样由由于于可可用用的的酶酶种种类类有有限限，而而且且进进行行糖糖链链序序列列分分析析的的糖糖苷苷酶酶纯纯度度应应当当极极高高，因因而而限限制制了了这这种种方方法法的的应应用用，常常用用的的糖糖苷苷酶酶见见表表4.24.2。19801980年年代代之之前前，糖糖链链测测序序主主要要用用MSMS和和MS-GLCMS-GLC法法，需需对对样样品品进进行行甲甲基基化化、乙乙酰酰化化等等预预处处理理。

21、19801980年年后后采采用用FAB-FAB-MSMS和和ESI(electrosprayESI(electrospray ionization)-MSionization)-MS，检检测测精精度度达达n moln molp molp mol水平。水平。酶酶来来源源专专一一性性Clostridium perfringensFuc12Gal-L-岩藻糖苷酶岩藻糖苷酶Diplococcu.s pneumoniasGal14GlcNAc-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Canavalia ensiformisMan12/6Man-甘露糖苷酶甘露糖苷酶Diplococcus pneumoniasGlcNAc1g

22、lycan-D-N乙酰氨基葡萄糖苷酶乙酰氨基葡萄糖苷酶Diplococcus pneumoniasSia23/6Gal神经氨酸酶神经氨酸酶Sia26GkNAc内切糖苷酶内切糖苷酶内切内切-D-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Bacteroides fragillis-GlcNAc1-3Gal13/4GalNAc-Flavobacteriummeningoseptiumx-ManMan-GlcNAc-GlcNAc1Asn-x-ManD-糖苷酶糖苷酶Diplococcus pneumoniasGal1-3GalNAc1Ser/Thr外切糖苷酶外切糖苷酶N-糖苷酶糖苷酶F表4.2 用于聚糖测序的几种糖苷酶4.2

23、.1.2 糖-肽连接键的类型糖糖蛋蛋白白中中的的聚聚糖糖链链均均由由其其还还原原端端以以接接枝枝方方式式与与肽肽链链特特定定部部位的氨基酸侧链基团相连接，主要分为以下两大类：位的氨基酸侧链基团相连接，主要分为以下两大类：(1) N-(1) N-连接键：连接键： D-D-GlcNAcGlcNAc-Asn-Asn，又又称称型型糖糖肽肽键键，由由糖糖链链还还原原端端的的-D-GlcNAc-D-GlcNAc残残基基C1-OHC1-OH基基与与多多肽肽链链AsnAsn残残基基侧侧链链酰酰胺胺-NH-NH2 2间间缩缩合合，形形成成C-NC-N糖糖苷苷键键，广广泛泛分分布布于于许许多多糖糖蛋蛋白白中中。以

24、以肽肽链链N N端端-NH-NH2 2为为连连接点形成的接点形成的N-N-糖糖- -肽键迄今仅见于血红蛋白肽键迄今仅见于血红蛋白AlcAlc。(2) O-(2) O-连接键：连接键： 由糖链还原端与含羟基的氨基酸侧链由糖链还原端与含羟基的氨基酸侧链-OH-OH间形成间形成C-OC-O糖苷键。糖苷键。又可分为：又可分为：D-D-GalNAc-Ser/ThrGalNAc-Ser/Thr，又称为又称为(i)(i)型糖型糖- -肽键，肽键，分布广泛。分布广泛。D-D-Xyl-Ser/ThrXyl-Ser/Thr，又称又称(ii)(ii)型糖型糖- -肽键，主要肽键，主要存在于一些蛋白聚糖中。存在于一些

25、蛋白聚糖中。D-D-Gal-HylGal-Hyl，又称又称型糖型糖- -肽键，肽键，主要存在于胶原和丝心蛋白中。主要存在于胶原和丝心蛋白中。D-D-Ara-HypAra-Hyp，仅见于高等植仅见于高等植物中的一些糖蛋白。物中的一些糖蛋白。 型乳糖 Gal（14）Glc蔗 糖Fru（21）Glc茧 蜜 糖Glc（11）Glc区区别别N-聚糖聚糖O-GalNAc聚糖聚糖糖糖-肽键肽键GlcNAc1-N（Asn-x-Ser/Thr）GalNAc1-O（Ser/Thr）聚糖组成聚糖组成都含都含Man，GlcNAc,绝大多数不含绝大多数不含GalNAc都含都含GalNAc,不含不含Man糖链分枝糖链分枝

26、全部分枝全部分枝不一定分枝不一定分枝糖糖-肽键化学裂解肽键化学裂解肼解肼解稀碱水解稀碱水解聚糖内侧核心结构聚糖内侧核心结构都有分枝的五糖都有分枝的五糖Man3GlcNAc2有有多多种种，除除GalNAc外外，可可含含Gal或或/和和GlcNAc表4.3 N-聚糖与O-GalNAc聚糖的主要区别 血血清清糖糖蛋蛋白白多多以以N-N-糖糖肽肽键键连连接接，因因而而N-N-聚聚糖糖又又称称为为血血清清型型(plasma (plasma type)type)。血血清清型型聚聚糖糖均均由由一一个个共共同同的的五五糖糖核核心心和和不不同同数数量量的的外外链链组组成成。核核心心五糖结构如下：五糖结构如下：M

27、an1-4GlcNAc1-4GlcNAc1-AsnMan1Man1364.2.1.3 N-聚糖的结构根据核心五糖中两个-Man上连接的糖基，N-聚糖可分为三类：高甘露糖型（high- or oligo-mannose type) 、 复杂型（complex type）和杂合型（hybrid type）。 图图4.2 4.2 三种类型的三种类型的N-N-聚糖结构示意图聚糖结构示意图虚线框内为核心五糖。虚线框内为核心五糖。A.高甘露糖型；高甘露糖型；B.复杂型；复杂型；C.杂合型杂合型222334Asn23644Asn3/6363446Asn3/642423/642BAC664高甘露糖型复杂型图图

28、4.3 4.3 复杂型复杂型N-N-聚糖天线数及其位置聚糖天线数及其位置263Asn2463Asn42663Asn22663Asn2426Asn263442C2C2二天线二天线C2,4C2三天线三天线C2C2,6三天线三天线C2,4C2,6四天线四天线C2,4C2,4,6五天线五天线图图4.4 4.4 N-N-聚糖外链结构示意图聚糖外链结构示意图见见于于1型型糖糖链链；兼兼有有2，3和和2，6Sia的的外外链链；1型型H抗抗原原；无无Fuc1-2者者为为Lae抗抗原原；有有Fuc1-2者者为为Leb抗抗原原；5Lea抗抗原原；见见于于2型型糖糖链链；常常见见的的唾唾液液酸酸化化三三糖糖外外链链

29、；2型型H抗抗原原；无无Fuc1-2者者为为Lxe抗抗原原；有有Fuc1-2者者为为Ley抗抗原原；(10)sLex抗抗原原；(11)仅仅存存在在于于灵灵长长类类以以下下的的哺哺乳乳动动物物；(12)存存在在于于少少数数糖糖蛋蛋白外链中白外链中LNunitSO436333234233244333343/642434441112 4.2.1.4O-聚糖的结构聚糖的结构 GalNAcGalNAc-O-Ser/Thr-O-Ser/Thr糖糖肽肽键键最最早早发发现现于于粘粘蛋蛋白白，因因而而O-O-GalNAcGalNAc聚聚粘粘又又称称为为粘粘蛋蛋白白型型( (mucinmucin type)typ

30、e)。最最简简单单情情况况Ser/Ser/ThrThr只只连连接接一一个个GalNAcGalNAc, ,见见于于不不多多几几种种粘粘蛋蛋白白和和分分泌泌性性糖糖蛋蛋白白中中。少少数数糖糖蛋蛋白白中中Ser/Ser/ThrThr上上连连接接一一个个二二糖糖，包包括括SiaSia2-6 2-6 GalNAcGalNAc- - ； GalGal1-3 1-3 GalNAcGalNAc- - ； GlcNAcGlcNAc1-3 1-3 GalNAcGalNAc- - ； GalGal1-3 1-3 GalNAcGalNAc- - 。含含有有两两个个以以上上糖糖残残基基的的O-O-聚聚糖糖可可将将其其结

31、结构构分分为为核核心心、骨骨架架和和非非还原端三部分。还原端三部分。(1) (1) 核心：核心： 与与N-N-聚聚糖糖都都只只有有核核心心五五糖糖不不同同，O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖至至少少有有7 7种种核核心心结结构构，如如图图4.54.5所所示示；其其中中核核心心结结构构较较为为常常见见；核核心心结结构构和和分分别别是是上上述述二二糖糖和和；核核心心和和有分枝有分枝。(2) 2) 骨架：骨架： 指指核核心心结结构构外外侧侧的的延延长长部部分分，与与N-N-聚聚糖糖的的外外链链相相似似，基基本本上上由由连连接接的的Gal-Gal-GlcNAcGlcNAc二二糖糖单单位位组组成成

32、，包包括括GalGal1-3 1-3 GlcNAc(1GlcNAc(1型型结结构构) )、GalGal1-4GlcNAc(21-4GlcNAc(2型型结结构构) )和和(Gal(Gal1-4 1-4 GlcNAcGlcNAc1-3)1-3)n n以以 及及 N-N-聚聚 糖糖 中中 不不 存存 在在 的的 Gal Gal 1-3 1-3 GalNAcGalNAc(3(3型型结结构构) )和和GalGal1-3 1-3 GalNAcGalNAc-(4-(4型型结结构构) )。O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖骨骨架架的的Gal Gal C6C6位位常常连连有有GlcNAcGlcNAc1-6

33、1-6分分枝枝 ， 如如 GalGal1-4 1-4 GlcNAcGlcNAc1-3(Gal1-3(Gal1-4 1-4 GlcNAcGlcNAc1-6)Gal1-6)Gal1-1-结结构构，i i抗抗原原直直链链结结构构上上如如形成这种分枝就转变成形成这种分枝就转变成I I抗原。抗原。 (3) (3) 非还原端：非还原端： O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖的的非非还还原原端端常常是是在在GalGal上上连连一一个个SaiSai2-32-3或或在在GalNAcGalNAc上上连连一一个个SiaSia2-62-6。还还有有相相当当一一部部分分O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖末末端

34、端糖糖基基被被硫硫酸酸化化，虽虽然然糖糖链链中中部部的的糖糖基基也也可可能能被被硫硫酸酸化化。O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖非非还还原原端端部部分分往往往往构构成成血血型型抗抗原原，例例如如图图4.44.4中中和和分分别别为为1 1型型H H和和2 2型型H H抗抗原原；则则根根据据有有无无FucFuc1-21-2分分别别为为L La ae e和和L Lb be e抗抗原原；则则按按有有无无FucFuc1-21-2分分别别构构成成L Lx xe e和和L Ly ye e抗抗原原。在在H-1H-1和和H-2H-2抗抗原原结结构构GalGal上上分分别别以以1-31-3链链连连接接Gal

35、Gal或或GalNAcGalNAc，就成为就成为B-1B-1、B-2B-2和和A-1A-1、A-2A-2抗原。抗原。4.2.2糖蛋白的生物合成糖蛋白的生物合成 糖糖蛋蛋白白肽肽链链部部分分的的合合成成由由特特定定基基因因转转录录的的mRNAmRNA直直接接编编码码，聚聚糖糖部部分分是是后后加加的的。N-N-聚聚糖糖的的合合成成在在肽肽链链合合成成 尚尚 未未 完完 成成 时时 即即 已已 开开 始始 ， 是是 伴伴 翻翻 译译 (co-(co-translational)translational)过过程程，O-O-聚聚糖糖的的合合成成则则是是翻翻译译后后(post-translational

36、)(post-translational)修修饰饰过过程程。糖糖基基化化位位点点的的选选择择、糖糖肽肽键键的的类类型型以以及及聚聚糖糖链链的的组组成成和和结结构构，都都是是在在基基因因组组编编码码的的一一系系列列特特异异性性酶酶顺顺序序作作用用下下，在在细细胞胞内内特特定定的的微微环环境境中中形形成成的的，因因而而可可以以认认为为聚聚糖糖链链的的合合成成受受到到基因组严格而精准的间接控制。基因组严格而精准的间接控制。4.2.2.1 活化糖基供体的合成 所有的生物合成都需要把单体事先活化，以利于所有的生物合成都需要把单体事先活化，以利于反应朝着合成的方向进行。聚糖链合成所需要的单糖反应朝着合成的

37、方向进行。聚糖链合成所需要的单糖也必需转化成相应的活化形式，才能在糖基转移酶催也必需转化成相应的活化形式，才能在糖基转移酶催化下参入聚糖。蛋白质糖基化反应所需活化糖基供体化下参入聚糖。蛋白质糖基化反应所需活化糖基供体有三种类型：有三种类型：GlcGlc、GalGal、GlcNAcGlcNAc、GalNAcGalNAc、Xy1Xy1和和GlcAGlcA均为均为UDP-UDP-糖基；糖基；UDP-UDP-GlcAGlcA经表异构酶催化可转化经表异构酶催化可转化成成UDP-UDP-IdoAIdoA；ManMan和和FucFuc为为GDP-GDP-糖基；糖基；SiaSia则以则以CMP-CMP-Sia

38、Sia为活化供体；此外，为活化供体；此外，UDP-UDP-GlcGlc和和GDP-ManGDP-Man还能将糖基转还能将糖基转移到移到ERER膜中的膜中的DolDol-P-P上，以上，以Dol-P-GlcDol-P-Glc和和DolDol-P-Man-P-Man的的形式被糖基化反应利用。图形式被糖基化反应利用。图4.64.6简要概括了这些活化简要概括了这些活化糖基供体的合成路线与相互转化。糖基供体的合成路线与相互转化。图图4.6 4.6 活化糖基供体的生物合成及其相应转化活化糖基供体的生物合成及其相应转化带阴影的矩形框为活化糖基供供；椭圆为单糖；星号处为控制点带阴影的矩形框为活化糖基供供；椭圆

39、为单糖；星号处为控制点4.2.2.24.2.2.2 N-寡糖的合成 早早在在19601960年年代代至至19701970年年代代，利利用用重重建建的的无无细细胞胞系系统统和和凝凝集集素素耐耐受受细细胞胞系系阐阐明明了了N-N-聚聚糖糖生生物物合合成成的的基基本本途途径径。结结果果发发现现首首先先在在ERER中中组组装装一一个个脂脂质质载载体体连连接接的的寡寡糖糖前前体体，再再把把这这个个寡寡糖糖前前体体转转移移到到新新生生肽肽链链合合适适的的糖糖基基化化位位点点上上，最最后后在在ERER和和GolgiGolgi器器中中经经过过一一系系列列剪剪接接加加工工，形形成成成成熟熟的的糖糖蛋蛋白白。从从

40、19801980年年代代开开始始克克隆隆N-N-聚聚糖糖生生物物合合成成涉涉及及的的糖糖基基转转移移酶酶和和糖糖苷苷酶酶的的基基因因并并延延续续至至今今。这这些些基基因因特特殊殊的的表表达达模模式式以以及及它它们们编编码码的的酶酶突突出出的的底底物物专专一一性性为为阐阐明明N-N-聚聚糖糖特特殊殊结结构构的的形形成成与与变变化化具具有有重重要要意意义义。还还注注意意到到胚胚胎胎发发生生、细细胞胞活活化化和和肿肿瘤瘤形形成成等等条条件件下下N-N-聚聚糖糖的的结结构构发发生生改改变变，为为研究研究N-N-聚糖的生物学功能提供了新的契机。聚糖的生物学功能提供了新的契机。C=CH3CHCH2(CH

41、CCH3CH3=CHCH2)nCH2CHCH3OCH2OCH3=PO图图4.7 4.7 多萜醇磷酸的结构多萜醇磷酸的结构O(1) (1) 多萜醇寡糖前体的组装：多萜醇寡糖前体的组装： N-N-聚糖的前体由聚糖的前体由1414个特定的单糖连接而成，在个特定的单糖连接而成，在所有真核细胞中这个寡糖前体的结构是保守的。寡糖前所有真核细胞中这个寡糖前体的结构是保守的。寡糖前体在磷酸多萜醇上组装体在磷酸多萜醇上组装( (图图4.7)4.7)。动物的多萜醇含。动物的多萜醇含17172121个异戊二烯单元，真菌类和植物的多萜醇含有个异戊二烯单元，真菌类和植物的多萜醇含有14142424个个异戊二烯单元。多萜

42、醇的极性端通过焦磷酸与糖相连接，异戊二烯单元。多萜醇的极性端通过焦磷酸与糖相连接，长长的烃链插入长长的烃链插入ERER膜，把正在合成的寡膜，把正在合成的寡 糖前体锚定在糖前体锚定在ERER膜上。膜上。 如图如图4.84.8所示，多萜醇焦磷酸寡糖前体组装的第所示，多萜醇焦磷酸寡糖前体组装的第1 1步反步反应由应由GlcNAc-1-GlcNAc-1-磷酸转移酶把磷酸转移酶把GlcNAcGlcNAc-P-P从从UDP-UDP-GlcNAcGlcNAc上转上转移到给移到给DolDol-P,-P,同时释放同时释放1 1分子分子UMPUMP；然后再由然后再由GlcNAcGlcNAc转移酶转移酶从从UDP-

43、UDP-GlcNAcGlcNAc上把第二个上把第二个GlcNAcGlcNAc转移到转移到Dol-PP-GlcNAcDol-PP-GlcNAc上，上，同时释放同时释放1 1分子分子UDPUDP。接下来，在第接下来，在第2 2步反应中由步反应中由5 5种不同的种不同的ManMan转移酶以转移酶以GDP-ManGDP-Man为糖基供体，依次添加为糖基供体，依次添加5 5个个ManMan。通过通过尚不完全了解的机制，尚不完全了解的机制，Dol-PP-GlcNAcDol-PP-GlcNAc2 2-Man-Man5 5穿越穿越ERER膜翻转膜翻转到到ERER腔腔( (步骤步骤3)3)。4 4个个GDP-M

44、anGDP-Man在在ERER膜胞液一侧把膜胞液一侧把ManMan转移到转移到DolDol-P-P上，生成的上，生成的DolDol-P-Man-P-Man翻转到翻转到ERER腔（步骤腔（步骤4 4和和5 5）。在）。在ERER腔，腔，4 4种种ManMan转移酶以转移酶以DolDol-P-Man-P-Man为活化糖基供体，向为活化糖基供体，向Dol-PP-GlcNAcDol-PP-GlcNAc2 2ManMan5 5 再添加再添加4 4个个ManMan残基残基( (步骤步骤6)6)。3 3个个UDP-UDP-GlcGlc在在ERER胞液一侧把胞液一侧把GlcGlc转移到转移到DolDol-P-

45、P上，生成的上，生成的Dol-P-GlcDol-P-Glc也翻转到也翻转到ERER腔腔( (步骤步骤7 7和和8)8)。最后，由。最后，由GlcGlc转移酶以转移酶以Dol-P-Dol-P-GlcGlc为糖基供体添加为糖基供体添加3 3个个GlcGlc残基残基( (步骤步骤9)9)，完成，完成Dol-PP-Dol-PP-GlcNAcGlcNAc2 2 Man Man9 9 Glc Glc3 3 寡寡糖糖前前体体寡糖前体的组装。寡糖前体的组装。 多多萜萜醇醇焦焦磷磷酸酸寡寡糖糖前前体体的的合合成成过过程程涉涉及及拓拓扑扑变变化化。正正如如图图4.84.8所所示示，反反应应1 1、2 2、4 4和

46、和7 7都都发发生生在在ERER胞胞液液一一侧侧，反反应应6 6、9 9和和1010都都发发生生在在ERER腔腔内内。反反应应2 2形形成成的的中中间间产产物物和和反反应应6 6、9 9所所需需要要的的糖糖基基供供体体都都必必需需在在ERER膜膜中中翻翻转转到到ERER腔腔。尽尽管管目目前前尚尚不不清清楚楚这这种种翻翻转转移移位位的的机机制制，但但用用糖糖基基化化抑抑制制剂剂、内内翻翻外外的的粗粗糙糙型型ERER囊囊泡泡进进行行的的研研究究都都直直接接或或间接证明了上述中间产物翻转移位的事实。间接证明了上述中间产物翻转移位的事实。图4.8 多萜醇焦磷酸寡糖前体的合成途径(2) (2) 寡糖前体

47、转移到新生肽链上：寡糖前体转移到新生肽链上： 上上述述完完成成组组装装的的寡寡糖糖前前体体已已具具备备了了转转移移到到新新生生肽肽链链上上的的条条件件，当当肽肽链链中中出出现现合合乎乎要要求求的的AsnAsn残残基基( (Asn-x-Ser/ThrAsn-x-Ser/Thr) )时时，包包括括1414个个糖糖残残基基的的寡寡糖糖前前体体整整体体转转移移，同同时时释释放放1 1分分子子DolDol-PP-PP，再再翻翻转转到到ERER胞胞液液面面( (步步骤骤1010和和11)11)，其其后后经经磷磷酸酸酶酶作作用用DolDol-PP-PP失失去去一一个个磷酸基，又变成磷酸基，又变成DolDol

48、-P-P，可以参与下一轮寡糖前体合成可以参与下一轮寡糖前体合成( (步骤步骤12)12)。 寡寡糖糖前前体体的的转转移移是是由由ERER膜膜中中的的寡寡糖糖转转移移酶酶( (oligo-oligo-sacharylsacharyl transfrasetransfrase, , OST)OST)催催化化的的。酵酵母母OSTOST复复合合物物至至少少包包含含9 9种种不不同同的的亚亚基基：OstlpOstlp、Ost3pOst3p、Wbp1pWbp1p、Stt3pStt3p、Ost6pOst6p、SwplpSwplp、Ost2pOst2p、Ost5pOst5p和和Ost4pOst4p，所所有有这

49、这些些亚亚基基都都是是跨跨膜膜蛋蛋白白，有有1 18 8个个跨跨膜膜域域，其其中中Ost1pOst1p对对其其活活性性必必不不可可少少( (图图4.9)4.9)。寡寡糖糖前前体体末末端端的的3 3个个GlcGlc显显然然是是其其转转移移信信号号，OSTOST可可识识别别其其非非还还原原端端的的3 3个个GlcGlc和和还还原原端端的的GlcNAcGlcNAc，如如果果切切掉掉最最外外侧侧的的两两个个GlcGlc，其其转转移移活活性性只只剩剩下下1/91/9；如如将将3 3个个GlcGlc全全部部切切掉掉，就就不不能能再再被被转转移移。OSTOST同同样样具具备备识识别别多多肽肽链链中合适糖基化

50、位点的能力。中合适糖基化位点的能力。图4.9 ER膜上的OST复合物催化十四寡糖从Dol-pp-寡糖前体转移到新生多肽链中合适的Asn残基上OSTComplex60S40S(3) N-(3) N-糖链的加工和成熟：糖链的加工和成熟： 结合在肽链上的十四寡糖首先被结合在肽链上的十四寡糖首先被ERER中的葡萄糖苷酶中的葡萄糖苷酶切去非还原端切去非还原端Glc1-2Glc1-2残基，再由残基，再由-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶切切下另外下另外2 2个个GlcGlc残基。切除残基。切除GlcGlc不仅是开启后续加工的信号，不仅是开启后续加工的信号，而且与蛋白质折叠有关。如果糖蛋白折叠不适当，即可而且与蛋白质折

51、叠有关。如果糖蛋白折叠不适当，即可被被ER ER 腔一种腔一种UDP-UDP-GlcGlc：糖蛋白葡萄糖基转移酶识别并重糖蛋白葡萄糖基转移酶识别并重新糖基化，带有新糖基化，带有Glc-ManGlc-Man9 9-GlcNAc-GlcNAc2 2寡糖的不当折叠蛋白质寡糖的不当折叠蛋白质即可被即可被ERER腔中的一种有糖结合活性的分子伴侣钙连蛋白腔中的一种有糖结合活性的分子伴侣钙连蛋白( (calnexincalnexin) )识别并结合，然后结合于多肽链部分，把十识别并结合，然后结合于多肽链部分，把十二寡糖的二寡糖的GlcGlc1-3Man-1-3Man-暴露给暴露给-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶。-

52、-葡葡萄糖酶萄糖酶和和UDP-UDP-GlcGlc：糖蛋白葡萄糖基转移酶交替作用，糖蛋白葡萄糖基转移酶交替作用，直至多肽链正确折叠。正确折叠的肽链糖基化位点附近直至多肽链正确折叠。正确折叠的肽链糖基化位点附近的疏水片段不再暴露，葡萄糖基转移酶不再结合，最后的疏水片段不再暴露，葡萄糖基转移酶不再结合，最后一个一个GlcGlc被切去，钙连蛋白解离，寡糖的加工继续进行被切去，钙连蛋白解离，寡糖的加工继续进行( (图图4.10)4.10)。图图4.10 ER4.10 ER钙连蛋白钙连蛋白( (calnexincalnexin) )在糖蛋白的折叠中的功能在糖蛋白的折叠中的功能GlcaseGlcase和和

53、为为-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶和和，Glc-T为为UDP-Glc：糖蛋白葡萄糖基转移酶糖蛋白葡萄糖基转移酶 上述带有十一寡糖Man9-GlcNAc2-糖蛋白随即被ER中的-甘露糖苷酶切去核心糖1-6臂上的1-3分枝末端1-2连接的Man残基，生成的Man8GlcNAc2-Asn结构即可进入Golgi体继续加工。有些糖蛋白的Man8GlcNAc2-Asn结构可被一种特殊的N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶识别，在两个1，2连接的末端Man内侧Man上各转移一个GlcNAc-P-基团，然后再由一种N-乙酰氨基葡萄糖苷酶切去GlcNAc,把磷酸基留在Man C6位。这种有Man-6-P的寡糖是糖蛋白被分拣和运

54、输到溶酶体关键的结构信号。上述反应在ER/Golgi中确切的定位尚不明确。另一些糖蛋白则可在Golgi器-甘露糖苷酶作用下，切去以1-2连接的其余3个Man残基。 除除上上述述逐逐步步加加工工途途径径外外，ERER中中还还有有一一种种内内切切- -甘甘露露糖糖苷苷酶酶，可可切切除除Glc-ManGlc-Man9 9GlcNAcGlcNAc2 2-Asn -Asn 结结构构末末端端的的Glc1-3Man,Glc1-3Man,生生成成的的ManMan8 8GlcNAcGlcNAc2 2-Asn-Asn进进入入GolqiGolqi体体，由由其其中中的的- -苷苷露露糖糖苷苷酶酶切切去去3 3个个1-

55、21-2连接的连接的Man(Man(图图4.11)4.11)。图图4.11 ER4.11 ER和和GolgiGolgi体内体内N-N-寡糖的加工寡糖的加工GlcNAcGlcNAc-P-T:N-P-T:N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶；乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶；GlcNAcase:NGlcNAcase:N- -乙酰氨基葡萄糖苷酶。乙酰氨基葡萄糖苷酶。 在在GolgiGolgi体体内内，上上述述ManMan5 5GlcNAcGlcNAc2 2-Asn-Asn结结构构如如继继续续添添加加ManMan，可可形形成成高高甘甘露露糖糖型型N-N-聚聚糖糖。如如果果由由N-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖基基转

56、转移移酶酶在在核核心心结结构构1 1，3 3臂臂的的ManMan上上添添加加一一个个1-21-2连连接接的的GlcNAcGlcNAc，或或由由- -甘甘露露糖糖苷苷酶酶继继续续切切除除1-61-6臂臂上上的的两两个个ManMan，再再添添加加适适当当糖糖基基，可可形形成成杂杂合合型型N-N-聚聚糖糖。如如果果ManMan5 5GlcNAcGlcNAc2 2-Asn-Asn结结构构在在- -甘甘露露糖糖苷苷酶酶作作用用下下切切去去1-61-6臂臂上上两两个个ManMan，再再由由N-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄基基转转移移酶酶添添加加1 1个个GlcNAcGlcNAc，产产物物再再由由N-N-乙

57、乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖基基转转移移酶酶作作用用在在1-61-6连连接接的的ManMan上上以以1-21-2连连接接1 1个个GlcNAcGlcNAc，产产物物还还可可由由岩岩藻藻糖糖基基转转移移酶酶在在AsnAsn连连接接的的GlcNAcGlcNAc上上以以1-61-6连连接接一一个个FucFuc, ,生生成成的的寡寡糖糖都可以成为复杂型都可以成为复杂型N-N-聚糖的聚糖的“核心核心”部分部分( (图图4.12)4.12)。图图4.12 4.12 GolgiGolgi体中产生高甘露体中产生高甘露糖型、杂合型和复杂型糖型、杂合型和复杂型N-N-聚糖聚糖的基本途径的基本途径GlcNAcGlcN

58、Ac- T- T，-T-T：N-N-乙酰氨基葡萄糖乙酰氨基葡萄糖转移酶转移酶， 上述复杂型上述复杂型N-N-聚糖聚糖“核心核心”在不同糖基在不同糖基转移酶作用下，顺序添加糖基，形成各具特转移酶作用下，顺序添加糖基，形成各具特点的聚糖链。图点的聚糖链。图4.134.13出示了几种双天线复杂出示了几种双天线复杂型型N-N-聚糖的合成路线，包括末端为聚糖的合成路线，包括末端为1-31-3连连接的接的FucFuc、2-3/62-3/6连接的连接的SiaSia以及以及1-41-4连接连接的的GlcNAcGlcNAc 4-SO 4-SO4 4残基的外链。残基的外链。图图4.13 4.13 几种双天线复杂几

59、种双天线复杂型型N-N-聚糖的合成聚糖的合成1-4GaT1-4GaT为为1-41-4半半乳乳糖糖基基转转移移酶酶；1-4GlcNAc 1-4GlcNAc T T为为1-4N-1-4N-乙酰氨基半乳糖转移酶；乙酰氨基半乳糖转移酶；1-3Fuc1-3Fuc为为1-31-3岩岩藻藻糖糖基基转转移移酶酶 ； ST6 ST6 Ga1-1Ga1-1为为 CMP-CMP-SiaSia：Gal2-6Gal2-6唾液酸转移酶唾液酸转移酶- 上述外链延伸和修饰主要在上述外链延伸和修饰主要在transtrans-Golgi-Golgi垛叠和垛叠和transtrans- -GogliGogli网络网络(TGN)(TG

60、N)中进行中进行( (参看图参看图3.31)3.31)。除。除1-4Gal 1-4Gal T T外，还有一种外，还有一种1-3GlcNAc T-i1-3GlcNAc T-i，二者交替作用，合成二者交替作用，合成(Gal1-4GlcNAc1-3)n(Gal1-4GlcNAc1-3)n。外链带有外链带有GalGal的的N-N-聚糖进入聚糖进入TGNTGN后，在非还原端添加后，在非还原端添加SiaSia而终止外链的合成。而终止外链的合成。N-N-聚糖聚糖“核核心心”在在1-4N-1-4N-乙酰氨基半乳糖转移酶和乙酰氨基半乳糖转移酶和GlcNAc-4GlcNAc-4硫酸转硫酸转移酶相继作用下完成移酶相

61、继作用下完成4 4位硫酸化的外链合成。位硫酸化的外链合成。1-1-4GlcNAcT4GlcNAcT对受体糖链对受体糖链( (杂合型或双天线复杂型杂合型或双天线复杂型) )有专一性，有专一性，能识别能识别LHLH和和TSHTSH肽链糖基化位点氨基一侧含有肽链糖基化位点氨基一侧含有ArgArg( (或或Lys)Lys)的序列。接于外链的序列。接于外链GlcNAcGlcNAc上的上的FucFuc由由1-31-3岩藻糖基转移酶岩藻糖基转移酶催化。高等动物至少有催化。高等动物至少有5 5种种1-3FucT,1-3FucT,分别为分别为、和和，有组织分布专一性。其中，有组织分布专一性。其中型型1-3Fuc

62、T1-3FucT以以2 2型糖型糖链为受体时形成链为受体时形成Fuc1-3Fuc1-3连接；以连接；以型糖链为受体时则形型糖链为受体时则形成成FucFuc1-41-4连接，是连接，是“一种糖基转移酶只形成一种糖苷键一种糖基转移酶只形成一种糖苷键”这一法则唯一的例外。这一法则唯一的例外。 多多天天线线N-N-聚聚糖糖的的合合成成涉涉及及6 6种种不不同同的的N-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖转转移移酶酶( (GlcNAcGlcNAc T),T),其其中中GlcNAcTGlcNAcT- -和和T-T-作作用用于于核核心心五五 糖糖 1-31-3臂臂 ManMan， 分分 别别 形形 成成 1-2

63、1-2和和 1-41-4连连 接接 键键 ；GlcNAcTGlcNAcT- -、T-T-和和T-T-作作用用于于1-61-6臂臂ManMan，分分别别形形成成1-21-2、1-41-4和和1-61-6连连接接键键( (图图4.14)4.14)。合合成成单单天天线线只只需需要要GlcNAcTGlcNAcT- -；双双天天线线需需要要GlcNAcTGlcNAcT- -和和T-T-；C C2 2，4 4，C C2 2三三天天线线需需要要GlcNAcTGlcNAcT- -、T-T-和和T-T-；C C2 2 ， 2 2，6 6 三三天天线线需需要要GlcNAcTGlcNAcT- -、T-T-和和T-T

64、-；合合成成四四天天线线则则需需要要GlcNAcTGlcNAcT- -、；GlcNAcTGlcNAcT- -负负责责合合成成平平分分型型GlcNAcGlcNAc。这这6 6种种GlcNAcGlcNAc T T均均以以UDP-UDP-GlcNAcGlcNAc为为糖糖基基供供体体，而而受受体体各各不不相相同同，有有严严格格的的糖糖基基序序列列专专一一性性，因因而而它它们们的的作作用用先先后后也也有有严严格格的的顺顺序序：GlcNAcTGlcNAcT- -最最先先作作用用，其其次次是是GlcNAcTGlcNAcT- -，然然后后是是- -甘甘露露糖糖苷苷酶酶，接接下下来来是是GlcNAcTGlcNA

65、cT- -和和T-T-，最后是最后是GlcNAcTGlcNAcT- -。C图图4.14 64.14 6种种GlcNAcT(1GlcNAcT(1)的作用位置及形成的糖苷键的作用位置及形成的糖苷键4.2.2.3 O-4.2.2.3 O-GalNAcGalNAc聚糖的合成聚糖的合成 O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖的的合合成成是是在在已已折折叠叠的的蛋蛋白白质质表表面面适适当当的的Ser/Ser/ThrThr上上逐逐个个添添加加糖糖基基。O-O-GalNAcGalNAc糖糖基基化化的的发发生生比比N-N-糖糖基基化化要要晚晚，尚尚不不能能确确定定加加上上第第一一个个GalNAcGalNAc的

66、的确确切切亚亚细细胞胞定定位位。很很可可能能不不同同的的糖糖蛋蛋白白O-O-GalNAcGalNAc糖糖基基化化起起始始部部位位也也不不同同，可可以以在在ERER、过过渡渡小小泡泡或或ciscis-Golgi-Golgi扁扁囊囊。起起始始之之后后，O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖其其它它糖糖基基的的添添加加、糖糖链链延延伸伸和和非非还还原原端端形形成成都都发发生生在在GolgiGolgi体体内内。O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖合合成成起起始始步步骤骤由由多多肽肽：N-N-乙乙酰酰氨氨基基半半乳乳糖糖转转移移酶酶( (ppGalNAcTppGalNAcT) )催催化化。哺哺乳乳

67、动动物物至至少少可可编编码码8 8种种ppGalNAcTppGalNAcT，其其中中的的4 4种种(ppGalNAcT-1(ppGalNAcT-14)4)已已进进行行了了体体外外重重组组研研究究。多多种种GalNAcTGalNAcT同同工工酶酶很很可可能能有有差差异异地地定定位位于于不不同同的的亚亚细细胞胞区区隔隔，与与一一些些糖糖蛋蛋白白糖糖基基化化作作用用的的组组织织和和细细胞胞类类型型专专一一性性有有关关。可可将将O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖酶酶合合成成划划分分为为三三个个阶阶段段：核核心心结结构构的的合合成成；糖糖链链延延伸伸和和分分枝枝；非非还还原端的形成。原端的形成。(

68、1)核心结构的合成：核心结构的合成：O-O-GalNAcGalNAc聚糖至少有聚糖至少有7 7种核心结构，都是在种核心结构，都是在GalNAcGalNAc被被pp pp GalNAcTGalNAcT添添加到肽链上之后，再由有关的糖基转移酶顺序添加糖基形成的加到肽链上之后，再由有关的糖基转移酶顺序添加糖基形成的( (图图14.15)14.15)。核心。核心11-311-3半乳基转移酶半乳基转移酶( (corelcorel Gal T) Gal T)负责把负责把1 1个个GalGal以以1-31-3键连接到键连接到GalNAc-Ser/ThrGalNAc-Ser/Thr上，形成核心上，形成核心1

69、1。已在脊椎动物中。已在脊椎动物中发现至少发现至少3 3种种corelcorel GalTGalT，可能也存在一个像可能也存在一个像ppGalNAcTppGalNAcT一样的家族，一样的家族，有差别地在特定的组织和细胞类型中表达，并表现出底物选择性。有差别地在特定的组织和细胞类型中表达，并表现出底物选择性。核心核心21-6N-21-6N-乙酰氨基葡萄糖转移酶乙酰氨基葡萄糖转移酶(core 2 (core 2 GlcNAcTGlcNAcT) )把把1 1个个GlcNAcGlcNAc以以1-61-6键连接到核心键连接到核心1GalNAc1GalNAc残基上，形成核心残基上，形成核心2 2。核心。核

70、心31-3GlcNAcT31-3GlcNAcT转移酶转移酶(core 3 (core 3 GlcNAcTGlcNAcT) )把把1 1个个GlcNAcGlcNAc以以1-31-3键连键连接到接到GalNAc-Ser/ThrGalNAc-Ser/Thr上，形成核心上，形成核心3 3。由于。由于core core 3 3 GlcNAcTGlcNAcT与与core 1 Gal ATcore 1 Gal AT都要利用相同的糖基受体，与都要利用相同的糖基受体，与core 2 core 2 GlcNAcTGlcNAcT利用利用相同的糖基供体和相似的受体，因而在某些情况下，它们之间会出相同的糖基供体和相似的

71、受体，因而在某些情况下，它们之间会出现竞争。核心现竞争。核心4 41-6 N-1-6 N-乙酰氨基葡萄糖转移酶负责把另一个乙酰氨基葡萄糖转移酶负责把另一个GlcNAcGlcNAc以以1-61-6键连接到核心键连接到核心3 3的的GlcNAcGlcNAc残基上，产生核心残基上，产生核心4 4。另外。另外三种出现频率较低的核心结构分别由三种出现频率较低的核心结构分别由core 5 core 5 GalNAcGalNAc T T、core 6 core 6 GlcNAcGlcNAc T T和和core 7 core 7 GalNAcGalNAc T T以以GalNAcGalNAc-Ser/Thr-S

72、er/Thr为糖基受体而生为糖基受体而生成的。成的。图图4.15 Gal 4.15 Gal NAcNAc聚糖核心结构的合成聚糖核心结构的合成(2)(2)糖链的延伸和分枝：糖链的延伸和分枝： 糖链延伸就是在上述核心结构上逐个添加糖糖链延伸就是在上述核心结构上逐个添加糖基，通常是基，通常是1-31-3连接的连接的GlcNAcGlcNAc或或1-41-4连接的连接的GalGal。例如由例如由1-3GlcNAcT1-3GlcNAcT在核心在核心1 1或核心或核心2 2的的GalGal上添加上添加一个一个GlcNAc1-3GlcNAc1-3，或由或由1-4Gal T1-4Gal T在核心在核心2 2，3

73、 3，4 4中中1-3GlcNAc1-3GlcNAc或或1-6GlcNAc1-6GlcNAc残基外侧添加残基外侧添加1-1-4 4连接的连接的GalGal。其次，还有其次，还有1-6GlcNAc T1-6GlcNAc T、1-1-3Gal T3Gal T参与链延伸，形成前面参与链延伸，形成前面1 14 4型骨架结构型骨架结构（图（图4.164.16）。）。1-3GlcNAc T1-3GlcNAc T和和1-4Gal T1-4Gal T交替作交替作用，可形成用，可形成LNLN重复序列（图重复序列（图4.174.17）。图图4.16 14.16 1型和型和2 2型骨架的合成型骨架的合成图图4.17

74、 4.17 多聚多聚N-N-乙酰乳糖胺的合成乙酰乳糖胺的合成 外外链链骨骨架架上上的的GalGal1-41-4可可接接受受1-6GlcNAc 1-6GlcNAc T T转转移移的的GlcNAcGlcNAc T T1-61-6残残基基而而形形成成分分枝枝（图图4.184.18）。这这个个酶酶不不同同于于参参与与N-N-聚聚糖糖合合成成的的GlcNAcGlcNAc T-VT-V和和参参与与核核心心2 2和和核核心心4 4合合成成的的GlcNAcGlcNAc T T，只只能能以以O-O-GlcNAcGlcNAc 聚聚糖糖外外链链中中的的GalGal1-41-4为为糖基受体。糖基受体。 参参与与O-O

75、-GalNAcGalNAc聚聚糖糖核核心心和和骨骨架架合合成成的的糖糖基基转转移移酶酶具具有有严严格格的的底底物物序序列列专专一一性性，因因而而作作用用有有一一定定的的先先后后顺顺序序。例例如如核核心心1 1的的GalGal上上接接受受1 1个个1-31-3连连接接的的GlcNAcGlcNAc后后，就就不不能能作作为为core2 core2 GlcNAcGlcNAc T T的的底底物物。同同样样，核核心心2 2中中的的GalGal可可接接受受1 1个个 1-31-3连连 接接 的的 GlcNAcGlcNAc， 然然 后后 才才 能能 在在 GalGal上上 连连 接接 1-1-6GlcNAc6

76、GlcNAc。这这种种3 3位位取取代代抑抑制制6 6位位取取代代的的现现象象被被称称为为“3 3先先于于6 6（three-before-sixthree-before-six）”规律。规律。图4.18 由线性多聚乳糖（i抗原）生成1-6分枝多枝多聚乳糖胺（I抗原）示意图（3 3）非还原端的形成：）非还原端的形成： O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖的的非非还还原原端端大大致致可可通通过过三三种种方方式式形形成成：唾唾液液酸酸化化、硫硫酸酸化化和和岩岩藻藻糖糖基基化化。其其中中硫硫酸酸化化只只能能对对原原来来的的非非还还原原端端糖糖基基进进行行修修饰饰。2-32-3唾唾液液基基转转移移

77、酶酶家家族族至至少少已已发发现现5 5个个成成员员（ST3Gal-IST3Gal-I、ST3Gal-ST3Gal-、ST3Gal-ST3Gal-、 ST3Gal-ST3Gal-和和ST3Gal-ST3Gal-）负负责责以以2-32-3键键在在末末端端GalGal上上引引入入一一个个SiaSia残残基基。这这些些酶酶的的表表达达有有组组织织专专一一性性，只只作作用用于于O-O-聚聚糖糖和和某某些些糖糖脂脂末末端端的的GalGal（图图4.194.19）。）。图图4.19 4.19 糖链末端糖链末端GalGal的的2-32-3唾液酸化唾液酸化括号内的酶在体外系统活括号内的酶在体外系统活性相对较低性

78、相对较低带有带有2-3Sia2-3Sia的聚糖通常不再接受其它酶进的聚糖通常不再接受其它酶进一步的修饰。糖链末端或次末端甚至内部的一步的修饰。糖链末端或次末端甚至内部的GalNAcGalNAc残基可残基可2-62-6唾液酸化。催化该反应的唾液酸化。催化该反应的2 2，6 6唾液酸转移酶家族至少存在唾液酸转移酶家族至少存在5 5个成员个成员（ST6Gal-IST6Gal-I、ST6GalNAc-IST6GalNAc-I、ST6GalNAc-ST6GalNAc-、ST6GalNAc-ST6GalNAc-和和ST6GalNAc-ST6GalNAc-）（）（图图4.204.20）。末）。末端端2-62

79、-6唾液酸化的聚糖通常也不接受进一步的唾液酸化的聚糖通常也不接受进一步的修饰。此外，还有一个修饰。此外，还有一个2-82-8唾液酸转移酶家族，唾液酸转移酶家族，在糖蛋白和某些糖脂上合成在糖蛋白和某些糖脂上合成2-82-8连接的线性多连接的线性多聚唾液酸。聚唾液酸。图图4.20 4.20 GalNAcGalNAc的的2-62-6唾液酸化唾液酸化括号内的酶在体外系统相对活性较低括号内的酶在体外系统相对活性较低 聚糖硫酸化通常出现在聚糖硫酸化通常出现在GalGal、GalNAcGalNAc、GlcNAcGlcNAc、GlcAGlcA和和IdoAIdoA上，这些硫酸化的糖基可以是非还原端的上，这些硫酸

80、化的糖基可以是非还原端的也可能是内部的。反应由硫酸转移酶家族催化，以也可能是内部的。反应由硫酸转移酶家族催化，以PAPSPAPS为活性硫酸供体。例如唾液酸化的为活性硫酸供体。例如唾液酸化的Lewis XLewis X抗原末抗原末端四糖为端四糖为1-3GlcNAc1-3GlcNAc（1-3Fuc1-3Fuc）1-4Gal1-4Gal2-3Sia2-3Sia中的中的GalGal第第6 6位被硫酸化或位被硫酸化或GlcNAcGlcNAc第第4 4位被硫酸化，或者位被硫酸化，或者二者均被硫酸化。硫酸化还可发生在末端二者均被硫酸化。硫酸化还可发生在末端GalGal和和GlcNAcGlcNAc第第4 4位

81、位、GlcAGlcA第第3 3位等位点上。位等位点上。部部分分聚聚糖糖链链（尤尤其其是是血血型型抗抗原原）合合成成中中，非非还还原原端端GalGal的的岩岩藻藻糖糖基基化化是是必必需需步步骤骤，反反应应由由1-2FucT1-2FucT催催化化。此此外外，还还有有1-3Fuc 1-3Fuc T T催催化化外外链链中中GlcNAcGlcNAc的的1-31-3岩岩藻藻糖糖基基化化以以及及N-N-聚聚糖糖与与AsnAsn相相连连的的GlcNAcGlcNAc的的1-61-6岩岩藻藻糖糖基基化（参看化（参看N-N-聚糖加工成熟有关叙述）。聚糖加工成熟有关叙述）。4.2.2.4 4.2.2.4 糖蛋白生物合

82、成的调控糖蛋白生物合成的调控（1 1）糖基化位点的选择：）糖基化位点的选择： 据据 统统 计计 ， 多多 肽肽 链链 中中 的的 N-N-糖糖 基基 化化 位位 点点 Asn-x-Asn-x-Ser/ThrSer/Thr三三联联序序列列子子大大约约只只有有三三分分之之一一被被N-N-糖糖基基化化，说说明明决决定定是是否否糖糖基基化化还还有有很很多多因因素素。如如 这这个个三三联联序序列列如如处处于于亲亲水水片片段段才才能能被被N-N-糖糖基基化化。 三三联联序序列列子子约约70%70%处处于于- -转转角角，N-N-糖糖基基化化的的几几率率最最高高；约约20%20%处处于于- -折折叠叠，而而

83、10%10%处处于于- -螺螺旋旋中中的的三三联联序序列列子子N-N-糖糖基基化化几几率率最最低低。 三三联联序序列列子子中中的的X X也也明明显显影影响响N-N-糖糖基基化化效效率率。如如狂狂犬犬病病病病素素糖糖蛋蛋白白37373939位位的的Asn-Leu-SerAsn-Leu-Ser糖糖基基化化率率为为43%43%，把把Leu38Leu38分分别别突突变变成成GluGlu、AspAsp、TrpTrp和和ProPro，糖糖基基化化率率依依次次递递减减为为24%24%、19%19%、5%5%和和0 0；如如X X为为CysCys，可可因因形形成成二二硫硫键键降降低低N-N-糖糖基基化化几几率

84、率。 邻邻近近三三联联序序列列子子的的氨氨基基酸酸也也可可影影响响其其糖糖基基化化率率，如如为为ProPro则则降降低低糖糖基基化化率率，羟羟基基氨氨基基酸酸则则促促进进N-N-糖糖基化。基化。 尽尽管管对对许许多多O-O-糖糖基基化化位位点点周周围围的的氨氨基基酸酸序序列列进进行行了了对对比比和和分分析析，至至今今尚尚未未找找出出一一致致序序列列。许许多多O-O-糖糖基基化化位位点点Ser/Ser/ThrThr附附近近多多为为AlaAla、SerSer、ThrThr等等，1 1和和3 3位位多多为为ProPro，没没有有带带电电荷荷的的残残基，大多数处于基，大多数处于- -转角。转角。 常识

85、告诉我们，蛋白质是否被糖基化？在何处糖基化？合成什么样的聚糖链？都与蛋白质自己的结构有密切的联系，只是现在所知尚少。（2 2）糖基供体的可利用性：）糖基供体的可利用性：活化糖基供除活化糖基供除CMP-CMP-SiaSia在核内合成，其余的都在胞液中合在核内合成，其余的都在胞液中合成，成，ER-GolgiER-Golgi膜上的糖核苷酸运输系统必然影响糖基供体膜上的糖核苷酸运输系统必然影响糖基供体的可利用性，从而对糖基化作用进行调控。利用的可利用性，从而对糖基化作用进行调控。利用ER-GolgiER-Golgi膜微囊以及运输系统有缺陷的突变体细胞进行的研究表明，膜微囊以及运输系统有缺陷的突变体细胞

86、进行的研究表明，GolgiGolgi体拥有的运输系统如图体拥有的运输系统如图4.214.21所示，而所示，而ERER拥有其中拥有其中UDP-UDP-GlcGlc、UDP-UDP-GlcAGlcA、ATPATP、UDP-UDP-GalNAcGalNAc和和UDP-UDP-GlcNAcGlcNAc的运的运输系统。这些运输系统实际上是双向搬运工，一方面把活输系统。这些运输系统实际上是双向搬运工，一方面把活化糖基供体运入化糖基供体运入ER-GolgiER-Golgi腔内，使它们的浓度增加腔内，使它们的浓度增加10105050倍，足以达到或超过估算的多数糖基转移酶对其糖基供体倍，足以达到或超过估算的多数

87、糖基转移酶对其糖基供体的的KmKm，保证了糖基化反应对供体的需求；另一方面，糖基保证了糖基化反应对供体的需求；另一方面，糖基转移反应生成的转移反应生成的5 5-NMP-NMP不仅抑制运输装置，还强烈抑制不仅抑制运输装置，还强烈抑制糖基转移酶的活性，及时将其移出糖基转移酶的活性，及时将其移出ER-GolgiER-Golgi腔对保证糖基腔对保证糖基转移酶有足够的活性很重要。作为整个调节机制的一环，转移酶有足够的活性很重要。作为整个调节机制的一环，上述运输系统显然是不可或缺的。上述运输系统显然是不可或缺的。图4.21 Golgi膜上糖-核苷酸、ATP和PAPS的运输系统（3 3）遗传控制：）遗传控制

88、： 除了不多几种加工性糖苷酶，聚糖生物合成主要涉除了不多几种加工性糖苷酶，聚糖生物合成主要涉及糖基转移酶。大多数糖基转移酶是膜蛋白，迄今已研及糖基转移酶。大多数糖基转移酶是膜蛋白，迄今已研究过的究过的GolgiGolgi糖基转移酶均为糖基转移酶均为型膜蛋白：短的型膜蛋白：短的N-N-端在细端在细胞溶胶内，单跨膜，巨大的胞溶胶内，单跨膜，巨大的C-C-端催化域位于膜的非胞液端催化域位于膜的非胞液一侧。与溶酶体中一侧。与溶酶体中P-6-ManP-6-Man合成有关的两个酶：合成有关的两个酶：N-N-乙酰氨乙酰氨基葡萄糖基葡萄糖- -磷酸转移酶和磷酸转移酶和-N-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶为乙酰氨基葡萄

89、糖苷酶为型膜蛋白，型膜蛋白，N-N-端催化域在端催化域在GolgiGolgi腔内。糖基转移酶显著的腔内。糖基转移酶显著的特点是具有极高的底物专一性，即对糖基供体和受体的特点是具有极高的底物专一性，即对糖基供体和受体的结构有高度选择性，前一个酶的产物优先被另一糖基转结构有高度选择性，前一个酶的产物优先被另一糖基转移酶用作后续糖基化的受体底物，结果一组相关的糖基移酶用作后续糖基化的受体底物，结果一组相关的糖基转移酶按一定的顺序作用，以非凡的精确度把单糖基彼转移酶按一定的顺序作用，以非凡的精确度把单糖基彼此连接成特定的聚糖。此连接成特定的聚糖。 人体红细胞人体红细胞A A、B B、O O（H H）血

90、型抗原是说明聚糖结构受血型抗原是说明聚糖结构受基因型间接控制的良好范例。图基因型间接控制的良好范例。图4.224.22出示了出示了1 14 4型型A A、B B、O O（H H）血型）血型抗原抗原结构。结构。A A、B B、O O（H H）抗原的合成起始于抗原的合成起始于1-2Fuc1-2Fuc转移酶对前体聚糖的修饰。人类基因组的转移酶对前体聚糖的修饰。人类基因组的H H基因基因编码一个编码一个H1-2Fuc TH1-2Fuc T，SeSe基因编码一个基因编码一个Se1-2Fuc TSe1-2Fuc T，前者在红细胞中表达，利用前者在红细胞中表达，利用2 2型和型和4 4型聚糖前体；后者在消型

91、聚糖前体；后者在消化道、呼吸道、生殖道和唾液腺上皮细胞中表达，利用化道、呼吸道、生殖道和唾液腺上皮细胞中表达，利用1 1型和型和3 3型聚糖前体，合成分泌型血型抗原，分泌到血浆中，型聚糖前体，合成分泌型血型抗原，分泌到血浆中，被红细胞吸附于表面。被红细胞吸附于表面。1-2FucT1-2FucT把把1 1个个FucFuc以以1-21-2键连接键连接到到1 14 4型聚糖前体的非还原端型聚糖前体的非还原端GalGal残基上，形成残基上，形成O O（H H）抗原。抗原。A A基因型基因型ABOABO基因座位的基因座位的A A基因编码一种基因编码一种1-3GalNAc T1-3GalNAc T（A A

92、转移酶），在转移酶），在H H抗原的抗原的GalGal上添加上添加1 1个个1-31-3连接的连接的GalNAcGalNAc, , 成为成为A A抗原。抗原。B B基因型基因型ABOABO基因座位的基因座位的B B等位基因编码一种等位基因编码一种1-3Gal T1-3Gal T（B B转移酶），在转移酶），在H H抗原的抗原的GalGal上添加上添加1 1个个1-31-3连接的连接的GalGal，形成了形成了B B抗原（图抗原（图4.234.23）。）。图图4.22 A4.22 A、B B、O O（H H）、）、血型抗原的结构血型抗原的结构O O基因型的基因型的O O等位基因缺等位基因缺258

93、258位碱基，结果不位碱基，结果不能编码有活性的酶，不能对能编码有活性的酶，不能对H H抗原进一步修饰。抗原进一步修饰。ABAB血型的人既有血型的人既有1-3GalNAc T1-3GalNAc T，又有又有1-3Gal T1-3Gal T，所以同时拥有所以同时拥有A A抗原和抗原和B B抗原。抗原。A A转移酶和转移酶和B B转移酶转移酶要求其糖基受体末端要求其糖基受体末端1-3 1-3 （4）Gal必须必须1-21-2岩藻糖基化岩藻糖基化。图4.23 A、B、O（H）血型抗原的合成 BombayBombay基因型个体因基因型个体因1-2Fuc T1-2Fuc T缺失而不能进行岩藻缺失而不能进

94、行岩藻糖基化，或者先被唾液酸化，糖基化，或者先被唾液酸化，A A转移酶或转移酶或B B转移酶都不再利转移酶都不再利用它作为底物。所以用它作为底物。所以BombayBombay型的人既没有型的人既没有H H抗原，也没有抗原，也没有A A抗原和抗原和B B抗原抗原, ,再次表明，在糖基转移酶组成的聚糖装配线再次表明，在糖基转移酶组成的聚糖装配线上，位置越靠前的酶，上，位置越靠前的酶，一旦出现缺失影响的聚糖结构越多。一旦出现缺失影响的聚糖结构越多。人体免疫系统产生的人体免疫系统产生的IgMIgM可与相应的可与相应的ABOABO抗原相互作用。抗原相互作用。O O型个体可产生抗型个体可产生抗A A抗原的

95、抗原的抗体和抗抗体和抗B B抗原的抗原的抗体，血液中都抗体，血液中都保持相当高的保持相当高的IgMIgM效价；效价；A A型个体血浆中含有相当多的抗型个体血浆中含有相当多的抗B B抗原的抗原的IgMIgM抗体；抗体；B B型个体血浆中含有很高的抗型个体血浆中含有很高的抗A A抗原的抗原的IgMIgM抗体；而抗体；而ABAB型个体既不产生抗型个体既不产生抗A A抗原的抗原的IgMIgM，也不产生抗也不产生抗B B抗原的抗原的IgMIgM。血浆中的。血浆中的IgMIgM抗体能与抗体能与“异己的异己的”红细胞膜上红细胞膜上相应的抗原发生凝集反应，并激活补体系统，导致低血压、相应的抗原发生凝集反应，并

96、激活补体系统，导致低血压、休克、肾衰竭、循环衰竭甚至死亡。因此必需对供血者和休克、肾衰竭、循环衰竭甚至死亡。因此必需对供血者和受血者进行正规的交叉匹配，以避免发生输血反应。受血者进行正规的交叉匹配，以避免发生输血反应。合合成成A A抗抗原原的的A A转转移移酶酶与与合合成成B B抗抗原原的的B B转转移移酶酶同同属属一一个个1-3Gal1-3Gal转转移移酶酶家家族族，它它们们之之间间只只有有4 4个个氨氨基基酸酸不不同同，它们的基因也只有它们的基因也只有4 4个碱基不同：个碱基不同：氨基酸残基位置氨基酸残基位置176235266268A A转移酶的残基及密码子转移酶的残基及密码子Arg(CG

97、C)Gly(GGC)Lys(CTG)Gly(GGG)B B转移酶的残基及密码子转移酶的残基及密码子Gly(GGC)Ser(AGC)Mct(ATG)Ala(GCG)研研究究表表明明，不不同同种种属属的的同同一一组组织织或或同同一一种种属属的的不不同同组组织织中中，相相同同肽肽链链上上连连接接的的聚聚糖糖并并不不相相同同，即即聚聚糖糖结结构构具具有有种种属属和和组组织织专专一一性性。例例如如质质膜膜糖糖蛋蛋白白-谷谷氨氨酰酰转转肽肽酶酶（-GT-GT），人人和和牛牛的的肾肾-GT-GT聚聚糖糖结结构构相相差差甚甚远远，主主要要区区别别为为人人肾肾-GT-GT的的N-N-聚聚糖糖全全部部为为复复杂杂

98、型型，而而牛牛肾肾-GT-GT含含10%10%高高甘甘露露糖糖型型；人人肾肾-GT-GT含含酸酸性性聚聚糖糖仅仅31%31%，且且均均为为C C2,42,4C C2 2三三天天线线，而而牛牛肾肾-GT-GT含含62%62%的的酸酸性性聚聚糖糖，除除三三天天线线外外还还有有二二天天线线和和四四天天线线；人人肾肾-GT-GT的的天天线线外外链链有有60%60%以以上上的的GlcNAcGlcNAc与与11，3Fuc3Fuc相相连连，且且有有LNLN重重复复序序列列，而而牛牛肾肾-GT-GT没没有有外外链链FucFuc和和LNLN重重复复序序列列。同同一一物物种种的的肾肾-GT-GT的的N-N-聚聚糖

99、糖全全部部含含有有平平分分型型GlcNAcGlcNAc，而而其肝其肝-GT-GT则几乎完全没有平分型则几乎完全没有平分型GlcNAcGlcNAc。4.2.2.5 糖糖 链链 结结 构构 的的 微微 观观 不不 均均 一一 性性（microheterogenity）此此外外，同同一一个个体体同同一一组组织织中中不不同同糖糖蛋蛋白白也也表表现现出出糖糖链链结结构构的的不不均均一一性性。例例如如同同样样在在人人肝肝中中合合成成的的-GTGT与与运运铁铁蛋蛋白白（TfTf），-GT-GT的的N-N-聚聚糖糖约约2/32/3为为二二天天线线，其其余余1/31/3为为三三天天线线和和四四天天线线，其其中中

100、四四天天线线聚聚糖糖约约1/31/3含含LNLN重重复复序序列列，而而TfTf超超过过95%95%都都是是不不含含LNLN重重复复序序列列的的二二天天线线N-N-聚聚糖糖。即即使使是是同同一一蛋蛋白白，其其中中不不同同的的N-N-糖糖基基化化位位点点所所连连接接的的N-N-聚聚糖糖结结构构也也不不尽尽相相同同。上上述述聚聚糖糖结结构构的的这这种种不不均均一一性性又又被被称称为为糖糖形形（glycoformglycoform）。图图4.244.24出出示示大大鼠鼠胸胸腺腺细细胞胞和和脑脑中中Thy-1Thy-1糖糖蛋蛋白白3 3个个位位点点上上聚聚糖糖结结构构的的变变化化。尽尽管管肽肽链链结结构

101、构完完全全相相同同，但但在在这这两两种种细细胞胞中中这这3 3个个糖糖基基化化点点上上的的聚聚糖糖不不尽尽相相同同，甚甚至至同同一位点上聚糖结构也有明显改变。一位点上聚糖结构也有明显改变。图图4.24 4.24 大鼠大鼠Thy-1Thy-1中中N-N-聚糖的不均一性聚糖的不均一性存存在在率率二天线），二天线），ConA+（单天线或二天线）单天线或二天线）3天线分布天线分布C2C2,6三天线，三天线，C2,4C2,6四天线四天线DSA+，ConA-，L-PHA+C2,4C2三天线三天线DSA+，ConA-，L-PHA-C2,4偏二天线偏二天线DSA+，ConA-，L-PHA-4平分型平分型Glc

102、NAcE-PHA+，WGA+，ConA-5核心核心FucAAL+(无无论论有有无无平平分分型型GlcNAc)，LCA+(无无平平分分型型GlcNAc)6唾液酸唾液酸WGA+2-6SNA+，AlloA+2-3MAA+7LN重复序列重复序列PML+，DSA+表4.5 N-聚糖结构分析常用凝集素的选择 目目前前可可以以用用某某些些固固定定化化凝凝集集素素柱柱分分离离处处于于特特定定发发育育阶阶段段的的细细胞胞、突突变变细细胞胞株株、癌癌细细胞胞或或受受病病毒毒侵侵染染的的细细胞胞。例例如如用用固固定定化化花花生生凝凝集集素素（PNAPNA）专专一一地地吸吸附附未未成成熟熟的的胸胸腺腺细细胞胞，用用半

103、半乳乳糖糖溶溶液液洗洗脱脱，即即可可分分离离出出纯纯度度很很高高的的未未成成熟熟胸胸腺腺细细胞胞。利利用用某某些些凝凝集集素素的的血血型型专专一一性性不不仅仅可可区区分分ABOABO血血型型，还还能能鉴鉴别别其其亚亚型型。 如如利利马马豆豆凝凝集集素素（PLAPLA）仅仅凝凝集集A A型型血血细细胞胞，欧欧洲洲百百脉脉根根凝凝集集素素（LTLLTL）对对O O型型血血细细胞胞专专一一，西西非非单单叶叶豆豆凝凝集集素素（BSLBSL）对对B B型型专专一一，双双花花扁扁豆豆凝凝集集素素（DBLDBL）对对A1A1型专一。型专一。（5 5）在病原体）在病原体- -寄主细胞识别中的作用：寄主细胞识别

104、中的作用： 病病原原菌菌（或或寄寄生生菌菌）对对寄寄主主的的感感染染以以及及寄寄主主巨巨噬噬细细胞胞吞吞噬噬病病原原体体的的过过程程，同同样样从从细细胞胞间间的的专专一一性性识识别别和和粘粘着着开开始始。流流感感病病毒毒就就是是通通过过识识别别细细胞胞表表面面聚聚糖糖链链末末端端的的SiaSia残残基基进进入入寄寄主主细细胞胞的的。A A型型和和B B型型流流感感病病毒毒识识别别5-5-乙乙酰酰神神经经氨氨酸酸（NeuNeu 5Ac5Ac）或或5-5-羟羟乙乙酰酰神神经经氨氨酸酸（NeuNeu 5Gc5Gc），而而C C型型病病毒毒都都只只能能识识别别5 5，9-9-二二乙乙酰酰神神经经氨氨酸

105、酸（Neu5 Neu5 9Ac9Ac）。流流感感病病毒毒含含有有唾唾液液酸酸酶酶，能能专专一一地地水水解解作作为为其其受受体体的的唾唾液液衍衍生生物物。A A型型和和B B型型病病毒毒只只水水解解NeuNeu 5Ac5Ac或或NeuNeu 5Gc5Gc，C C病病毒毒含含的的酶酶却却能能水水解解NeuNeu 5 5，9Ac9Ac生生成成NeuNeu 5Ac5Ac。唾唾液液酸酸被被水水解解后后病病毒毒不不能能再再结结合合而而从从细细胞胞表表面面脱脱落落，使使同同一一型型病病毒毒入入侵侵受受阻阻，但但不不影影响响另另一一类类型型病病毒的侵染。毒的侵染。 不不同同细细菌菌表表面面凝凝集集素素专专一一

106、地地认认别别细细胞胞表表面面不不同同的的聚聚糖糖或或糖糖基基，例例如如霍霍乱乱弧弧菌菌凝凝集集素素识识别别L-L-FucFuc和和D-ManD-Man，大大肠肠杆杆菌菌凝凝集集素素识识别别-D-Man-D-Man，绿绿脓脓杆杆菌菌凝凝集集素素识识别别D-GalD-Gal和和D-ManD-Man，鸡鸡败败血血枝枝原原体体凝凝集集素素识识别别SiaSia，这这是是不不同同细细菌菌侵侵染染性性差差别别的的分分子子基基础础。又又如如肺肺炎炎球球菌菌识识别别肺肺泡泡和和脑脑膜膜细细胞胞表表面面聚聚糖糖中中的的GlcNAcGlcNAc，而而嗜嗜腐腐球球菌菌识识别别尿尿路路细细胞胞表表面面的的GlcGlc

107、NAcNAc和和Gal Gal NAcNAc，所所以以它它们们分分别别侵侵染染肺肺、脑脑组组织织和和尿尿路路上上皮皮。正正因因为为A A和和ABAB血血型型的的人人细细胞胞表表面面的的A A抗抗原原有有Gal Gal NAcNAc末末端端，因因此此易易受受嗜嗜腐腐球球菌菌感感染。染。 同样，细胞表面凝集素样蛋白也能专一识别细菌同样，细胞表面凝集素样蛋白也能专一识别细菌表面的糖复合物。例如紫花苜蓿根毛表面的凝集素可表面的糖复合物。例如紫花苜蓿根毛表面的凝集素可识别苜蓿根瘤菌表面的糖，进而促成二者间的粘着，识别苜蓿根瘤菌表面的糖，进而促成二者间的粘着，逐步形成根瘤。逐步形成根瘤。 （6）在配子识别

108、与结合中的作用在配子识别与结合中的作用：有有性性繁繁殖殖中中同同种种配配子子之之间间专专一一的的识识别别与与结结合合，使使物物种种的的遗遗传传特特性性得得以以世世代代相相传传。成成熟熟的的卵卵子子与与已已经经获获能能的的精精子子相相遇遇，精精子子头头部部细细胞胞器器（顶顶体体）外外膜膜与与质质膜膜融融合合，释释放放水水解解酶酶、糖糖结结合合蛋蛋白白等等内内容容物物，再再以以囊囊泡泡的的形形式式脱脱离离精精子子，称称为为顶顶体体反反应应。小小鼠鼠卵卵的的透透明明带带含含有有3 3种种糖糖蛋蛋白白：ZP-ZP-1,2,31,2,3，其其中中ZP-3ZP-3是是与与精精子子结结合合诱诱发发顶顶体体反

109、反应应的的主主要要蛋蛋白白，可可视视为为精精子子的的受受体体。精精子子表表面面一一种种糖糖蛋蛋白白SP56SP56与与ZP-3ZP-3专专一一结结合合，精精子子头头部部膜膜结结合合的的1-4 1-4 Gal Gal T T也也介介导导与与ZP-3ZP-3的的结结合合。 ZP-3ZP-3上上有有N-N-聚聚糖糖也也有有O-Gal O-Gal NAcNAc 聚聚糖糖，而而O-Gal O-Gal NAcNAc聚聚糖糖是是ZP-3ZP-3与与SP56SP56结结合合所所必必需需的的。由由于于SP56SP56可可与与固固相相GalGal结结合合，因因而而认认为为SP56SP56与与卵卵ZP-3ZP-3上

110、上 O-Gal O-Gal NAcNAc- -聚聚糖糖末末端端的的GalGal专专一一结结合合，是是小小鼠鼠精精卵卵结结合合重重要要的的分分子子基基础础。由由于于精精卵卵结结合合的的专专一一性性涉涉及及多多种种凝凝集集素素样样蛋蛋白白与与特特定定聚聚糖糖结结构构之之间的相互作用，真正的分子机制肯定还要复杂得多。间的相互作用，真正的分子机制肯定还要复杂得多。（7）在细胞粘附中的作用在细胞粘附中的作用：细细胞胞作作为为有有机机体体生生命命活活动动的的基基本本单单位位，必必须须相相互互粘粘合合或或与与胞胞外外基基质质粘粘合合，形形成成组组织织、器器官官和和完完整整的的个个体体。参参与与细细胞胞识识别

111、别与与粘粘合合的的大大分分子子几几乎乎都都是是糖糖蛋蛋白白和和蛋蛋白白聚聚糖糖。细细胞胞表表面面的的凝凝集集素素或或凝凝集集素素样样蛋蛋白白对对配配体体糖糖结结构构专专一一的的结结合合可可能能是是细细胞胞粘粘附附专专一一性性的的分分子子基基础础。迄迄今今已已鉴鉴定定的的细细胞胞表表面面的的粘粘附附分分子子（cell cell adhesion adhesion molecules, molecules, CAMCAM）都都是是跨跨膜膜糖糖蛋蛋白白，N-N-端端和和肽肽链链主主要要部部分分在在质质膜膜外外侧侧，带带有有数数目目不不等等的的糖糖链链，其其后后为为跨跨膜膜区区，可可以以是是单单跨跨膜

112、膜或或多多次次跨跨膜膜，胞胞质质区区为为C-C-端端，一一般般较较小小，可可与与质质膜膜内内侧侧的的细细胞胞骨骨架架或或信信号号转转导导系系统统相相结结合合。相相邻邻细细胞胞可可通通过过同同种种CAMCAM相相互互识识别别与与粘粘合合；也也可可通通过过不不同同的的CAMCAM相相互互识识别别与与粘粘合合；还还可可由由相相同同的的CAMCAM借借助助于于胞胞外外多多价价连连接接分分子子相相互互识识别别与粘合。与粘合。 整整联联蛋蛋白白（integrinintegrin）：广广泛泛存存在在于于动动植植物物中中，在在几几乎乎所所有有组组织织中中表表达达，是是两两种种亚亚基基（和和）组组成成的的二二聚

113、聚体体。已已发发现现1616种种亚亚基基和和9 9种种亚亚基基，都都是是单单跨跨膜膜糖糖蛋蛋白白，它它们们以以不不同同方方式式至至少少组组合合成成2020种种整整联联蛋蛋白白。整整联联蛋蛋白白的的作作用用需需CaCa2+2+参参与与，介介导导细细胞胞之之间间以以及及细细胞胞与与基基质质的的相相互互识识别别与与粘粘合合。与与整整联联蛋蛋白白结结合合的的配配体体包包括括胞胞外外基基质质组组分分胶胶原原、层层连连蛋蛋白白（lamininlaminin，LnLn）、纤纤连连蛋蛋 白白 （ fibronectinfibronectin， FnFn） 、 玻玻 连连 蛋蛋 白白（VitronectinVi

114、tronectin, , VnVn）等等，以以及及细细胞胞表表面面粘粘附附分分子子如如细细胞胞间间粘粘附附分分子子（ICAMICAM）、血血管管细细胞胞粘粘附附分分子子-1-1（VCAM-1VCAM-1）等。等。已已在在高高等等动动物物体体内内发发现现了了上上百百种种细细胞胞粘粘附附分分子子，大体上可划分为四大族：大体上可划分为四大族： 钙粘蛋白（钙粘蛋白（CadherinCadherin）：）：是依赖是依赖CaCa2+2+的唾液酸的唾液酸化化型膜蛋白，目前已经鉴定的有型膜蛋白，目前已经鉴定的有3030多种，常按多种，常按其组织分布命名，如其组织分布命名，如E-E-、P-P-、N-N-、M-M

115、-和和R-R-钙粘蛋钙粘蛋白等。不同种类的钙粘蛋白氨基酸序列同源性达白等。不同种类的钙粘蛋白氨基酸序列同源性达505060%60%。胞外片段含。胞外片段含CaCa2+2+结合部位，最外侧含结合部位，最外侧含His-Ala-ValHis-Ala-Val模体的区段与其细胞粘附功能有关。模体的区段与其细胞粘附功能有关。胞内片段通过连蛋白与细胞骨架相结合。钙粘蛋胞内片段通过连蛋白与细胞骨架相结合。钙粘蛋白介导细胞粘附时只与同种钙粘蛋白分子相互作白介导细胞粘附时只与同种钙粘蛋白分子相互作用，对于胚胎细胞早期分化及成体组织的构筑有用，对于胚胎细胞早期分化及成体组织的构筑有重要作用。重要作用。 选选凝凝素素

116、（selectinselectin）：已已鉴鉴定定的的选选凝凝素素有有白白细细胞胞（L-L-）、内内皮皮细细胞胞（E-E-）和和血血小小板板（P-P-）三三种种，都都是是型型膜膜蛋蛋白白。N N端端有有120120130130个个氨氨基基酸酸构构成成的的糖糖识识别别结结构构域域，其其后后依依次次是是表表皮皮生生长长因因子子结结构构域域、2 29 9个个重重复复的的补补体体结结合合蛋蛋白白域域、跨跨膜膜区区和和胞胞内内区区。选选凝凝素素在在CaCa2+2+存存在在下下识识别别和和结结合合包包括括含含唾唾液液酸酸化化和和硫硫酸酸化化的的LewisLewis抗抗原原决决定定簇簇的的糖糖蛋蛋白白、糖糖

117、脂脂等等，主主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的粘合。要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的粘合。 免免疫疫球球蛋蛋白白超超家家族族（Ig-SuperfamilyIg-Superfamily）：这这个个超超家家族族的的某某些些成成员员属属于于CAMCAM，其其作作用用不不依依赖赖CaCa2+2+。有有的的与与同同种种分分子子粘粘合合，如如各各种种神神经经粘粘附附分分子子；有有的的与与异异种种分分子子粘粘合合，如如ICAMICAM、VCAMVCAM等等，它它们们的的配配体都是整联蛋白。体都是整联蛋白。还有还有CD44CD44等等CAMCAM不属于以上四大类之列。不属于以上四大类之列。 除除以以上上功功能

118、能之之外外，如如南南极极鱼鱼类类血血液液中中 的的抗抗冻冻糖糖蛋蛋白白，粘粘膜膜和和粘粘液液中中的的粘粘蛋蛋白白等等，也也具具有有简简单单而而重重要要的的生生理理功功能能。即即使使是是一一些些与与糖糖蛋蛋白白功功能能无无关关或或影影响响不不大大的的糖糖链链，据据信信可可能能具具有有环环境境缓缓冲冲剂剂的的作作用用，它它们们的的存存在在赋赋予予细细胞胞更更大大的的可可塑塑性性与与适适应应性性，可可能能是是细细胞胞在在遗遗传传性性与与环环境境影影响响之之间间起起作作用用的的一一类类结结构构组组分分，是是适适应应环环境境变变化化而而形形成的结构物质。成的结构物质。4.3蛋白聚糖（蛋白聚糖（prote

119、oglycan,PG） 蛋蛋白白聚聚糖糖是是由由核核心心蛋蛋白白与与共共价价键键连连接接的的糖糖胺胺聚聚糖糖（glycosaminoglycanglycosaminoglycan, , GaGGaG）组组成成的的大大分分子子。由由于于核核心心蛋蛋白白不不同同，GAGGAG链链的的种种类类、数数目目、链链长长、硫硫酸酸化化部部位位和和程程度度不不同同，使使得得蛋蛋白白聚聚糖糖的的结结构构与与功功能能展展现现出出惊惊人人的的多多样样性性。蛋蛋白白聚聚糖糖广广泛泛存存在在于于脊脊椎椎动动物物结结缔缔组组织织、皮皮肤肤、脉脉管管、骨骨骼骼等等组组织织内内，是是构构成成胞胞外外基基质质重重要要的的大大分

120、分子子。自自19701970年年代代以以来来，由由于于发发现现细细胞胞表表面面蛋蛋白白聚聚糖糖与与包包括括细细胞胞因因子子在在内内的的其其它它大大分分子子相相互互作作用用，参参与与细细胞胞粘粘附附和和信信号号转转导导，调调节节许许多多重重要要的的生生理理过过程程，还还发发现现人人类类一一些些遗遗传传病病与与蛋蛋白白聚聚糖糖的的合合成成或或降降解解缺缺损损有有关关，从从而而引引起起学学术术界界的的关关注注，极极大大地地推推动动了了这这个个领领域域的研究进展。的研究进展。4.3.1.1 核心蛋白蛋白聚糖核心蛋白具有以下特点：蛋白聚糖核心蛋白具有以下特点： 可可划划分分为为几几个个不不同同的的结结构

121、构域域； 均均含含有有相相应应的的GAGGAG取取代代结结构构域域； 可可通通过过特特有有结结构构域域锚锚定定在在细细胞胞表表面面或或胞胞外外基基质质的的大大分分子子上上； 有有些些核核心心蛋蛋白白还还有有其其它它特特异异性性相相互互作作用用性性质质的的结结构构域域。根根据据cDNAcDNA测序，蛋白聚糖的核心蛋白可划分为四类：测序，蛋白聚糖的核心蛋白可划分为四类：4.3.1 蛋白聚糖的组成与分类（1 1）丝丝甘甘蛋蛋白白聚聚糖糖（serglycanserglycan）：多多肽肽链链分分子子量量约约20 20 kDakDa，GAGGAG连连接接区区有有2424个个连连续续的的（Ser-Ser-

122、GlyGly）重重复复，多存在于肥大细胞和造血细胞的贮存颗粒中。多存在于肥大细胞和造血细胞的贮存颗粒中。（2 2）饰饰胶胶蛋蛋白白聚聚糖糖（decorindecorin）：多多肽肽链链分分子子量量约约36 36 kDakDa，以富含，以富含LeuLeu的重复序列模体为其特征。的重复序列模体为其特征。（3 3）粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖（syndecansyndecan）：多多肽肽链链分分子子量量约约32 32 kDakDa，有有一一个个C-C-端端胞胞质质结结构构域域，疏疏水水的的跨跨膜膜区区和和连连接接GAGGAG的的N-N-端胞外结构域。端胞外结构域。（4 4）可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖（ag

123、grecanaggrecan）：多多肽肽链链分分子子量量约约225225250 250 kDakDa，N-N-端端有有2 2个个球球形形结结构构域域，C-C-端端有有1 1个个球球形结构域，二者之间为中部形结构域，二者之间为中部GAGGAG连接区。连接区。 4.3.1.2 糖胺聚糖 糖糖胺胺聚聚糖糖亦亦称称粘粘多多糖糖（mucopolysaccharidemucopolysaccharide），是是由由重重复复的的二二糖糖单单位位组组成成的的线线性性大大分分子子，按按其其重重复复二二糖糖骨骨架架的的化化学结构可分为四类（图学结构可分为四类（图4.274.27）：）：图图4.27 4.27 糖糖

124、胺胺聚聚糖糖由由重重复复的的二二糖糖单位组成单位组成透明质酸硫酸软骨素硫酸角质素硫酸乙酰 肝素/肝素硫酸皮肤素（1 1）透透明明质质酸酸（hyaluronichyaluronic acid, acid, HAHA）：是是结结构构最最简简单单的的唯唯一一不不含含硫硫酸酸取取代代基基的的GAGGAG，其其重重复复二二糖糖单单位位为为（GlcAGlcA 1-3 1-3 GlcGlc NAc1-4NAc1-4）。分分子子量量可可达达10104 4 kDakDa，约约25000 25000 个个重重复复二二糖糖单单位位，伸伸展展长长度度约约25m25m。在在生生理理pHpH下下HAHA为为多多聚聚阴阴离

125、离子子，呈呈无无规规则则扭扭曲曲的的线线团团状状结结构构，占占有有大大部部分分溶溶剂剂领领域域。HAHA分分子子之之间间可可通通过过特特异异的的相相互互作作用用形成交织网络形成交织网络。（2 2）硫硫酸酸软软骨骨素素（chondroitinchondroitin sulfate, sulfate, CSCS）和和硫硫酸酸皮皮肤肤素素（dermatandermatan sulfate, sulfate, DSDS）：CSCS链链一一般般约约含含250250个个重重复复二二糖糖单单位位，约约相相当当于于分分子子量量100 100 kDakDa，个个别别的的可可达达300 300 kDakDa。CS

126、CS重重复复二二糖糖单单位位由由GlcAGlcA以以1-31-3链链与与Gal Gal NAcNAc连连接接，软软骨骨中中的的CS CS GalNAcGalNAc的的4 4或或6 6位位硫硫酸酸化化，分分别别称称为为C4SC4S和和C6SC6S；一一些些分分泌泌颗颗粒粒和和软软体体动动物物含含有有4 4，6 6位位均均被被硫硫酸酸化化的的CSCS。如如果果CSCS二二糖糖重重复复单单位位中中GalNAcGalNAc 4 4位位硫硫酸酸化化，GlcAGlcA经经差差向向异异构构变变成成IdoAIdoA并并在在2 2位位硫硫酸酸化化，二二者者间间的的糖糖苷苷键键也也随随之之变变为为1-31-3，从

127、从而而转转变变成成DSDS中中特特有有的的重重复复二二糖糖单单位位： IdoAIdoA (2S)1-3 (2S)1-3 Gal Gal NAcNAc (4S) 1-4 (4S) 1-4。 （3 3）硫酸角质素（硫酸角质素（keratankeratan sulfate, KS sulfate, KS）：）： KSKS实实际际是是多多聚聚乙乙酰酰氨氨基基乳乳糖糖硫硫酸酸化化的的产产物物，其其重重复复二二糖糖单单位位（Gal1-4 Gal1-4 GlcGlc NAc1-3NAc1-3）与与糖糖蛋蛋白白中中聚聚糖糖外外链链的的LNLN单单位位一一样样。在在KSKS中中GalGal的的第第6 6位位和和

128、GlcGlc NAcNAc第第6 6位位被被硫硫酸酸化化。KSKS聚聚糖糖链链的的分分子子量量通通常常101020 20 kDakDa，很少超过很少超过40 40 kDakDa（约约8080个二糖单位）。个二糖单位）。（4）硫硫酸酸乙乙酰酰肝肝素素（heparansulgate,HS）和和肝肝素素（heparin,Hep）：HSHS和和肝肝素素具具有有相相同同的的结结构构骨骨架架，HSHS的的重重复复二二糖糖单单位位可可表表示示为为GlcA1-4 GlcA1-4 GlcGlc NAcNAc (6S) (6S) 1-41-4，部部分分GlcAGlcA第第2 2位位硫硫酸酸化化，还还有有不不足足5

129、0%50%表表异异构构化化转转变变成成IdoAIdoA, , 不不到到50%50%的的GlcNAcGlcNAc脱脱乙乙酰酰后后再再N N硫硫酸酸化化转转变变成成GlcNSGlcNS。肝肝素素中中的的重重复复二二糖糖单单位位70%70%90%90%的的糖糖醛醛酸酸是是1-41-4连连接接的的IdoIdo A A，第第2 2位位被被硫硫酸酸化化，其其余余糖糖醛醛酸酸仍仍为为1-41-4连连接接的的GlcAGlcA，第第2 2位位未未发发生生硫硫酸酸化化；GlcGlc NAcNAc有有70%70%以以上上脱脱乙乙酰酰基基并并发发生生N-N-硫硫酸酸化化，第第3 3位位也也有有一一部部分分被被硫硫酸酸

130、化化，其其余余的的仍仍维维持持N-N-乙乙酰酰化化，每每个个二二糖糖通通常常有有一一个个羧羧基基，1 1个个N-N-硫硫酸酸，2 2个个O-O-硫硫酸酸，因因此此肝肝素素在在生生理理pHpH下下是是多多聚聚阴阴离离子子。肝肝素素中中主主要要的的二二糖糖单单位位可可表表示示为为 IdoIdo A A (2S) (2S) 1-4 1-4 GlcGlc N N (6S(6S，2S) 2S) 1-41-4。HSHS和和肝肝素素聚聚糖糖链链的的分分子子量量一一般般约约50 50 kDakDa，有时可达有时可达100kDa100kDa或更高。或更高。4.3.1.3 糖胺聚糖与核心蛋白的连接方式 蛋蛋白白聚

131、聚糖糖中中的的GAGGAG链链以以共共价价键键连连接接于于核核心心蛋蛋白白上上，在在重重复复二二糖糖单单位位组组成成的的GAGGAG链链与与核核心心蛋蛋白白之之间间有有一一个个寡寡糖糖连连接接区区。例例如如，CS/DSCS/DS和和HS/HS/肝肝素素的的寡寡糖糖连连接接区区的的结结构构为为：GlcA1-3 GlcA1-3 Gal1-3 Gal1-3 Gal1-3 Gal1-3 XylXyl-Ser-Ser，XylXyl的的第第2 2位位常常发发生生磷磷酸酸化化。实实际际上上是是在在核核心心蛋蛋白白SerSer残残基基上上依依次次连连接接XylXyl、GalGal、GalGal和和GlcAGl

132、cA之之后后，再再合合成成CSCS或或HSHS的的重重复复二二糖糖，最最后后再再修修饰饰成成特特有有的的形形式式。型型KSKS是是在在N-N-聚聚糖糖上上合合成成的的，型型KSKS则则在在O-Gal O-Gal NAcNAc聚聚糖糖上上合合成成，它它们们的的寡寡糖连接区见图糖连接区见图4.284.28。4.28 型和型KS寡糖连接区的结构4.3.1.4蛋白聚糖的分类蛋白聚糖的分类目目前前 采采用用KjellenKjellen & & LindahlLindahl提提出出的的分分类类法法，根根据据已已确确定定的的核核心心蛋蛋白白序序列列同同源源性性、免免疫疫交交叉叉反反应应以以及及蛋蛋白白聚聚糖

133、糖的的组组织织细细胞胞分分布布和和功功能能等等，将将其其归归纳纳为为5 5个个家家族族： 能能与与HAHA特特异异结结合合的的大大分分子子胞胞外外CSPGCSPG，包包括括软软骨骨可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖、成成纤纤维维细细胞胞多多能能蛋蛋白白聚聚糖糖（versicanversican）等等； 具具有有小小的的同同源源核核心心蛋蛋白白及及1 12 2条条GAGGAG链链（CSCS、DSDS或或KSKS）的的蛋蛋白白聚聚糖糖，包包括括饰饰胶胶蛋蛋白白聚聚糖糖、双双链链蛋蛋白白聚聚糖糖（biglycanbiglycan）及及纤纤调调蛋蛋白白聚聚糖糖（fibromodulinfibromodulin）

134、，还还可可能能包包括括新新发发现现的的骨骨肉肉瘤瘤细细胞胞的的PG100PG100； 胞胞外外基基质质/ /基基膜膜的的硫硫酸酸乙乙酰酰肝肝素素蛋蛋白白聚聚糖糖以以及及由由EHSEHS肿肿瘤瘤细细胞胞合合成成的的大大分分子子HSPGHSPG； 与与粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖有有关关的的膜膜嵌嵌入入细细胞胞表表面面蛋蛋白白聚聚糖糖； 细细胞胞内内蛋蛋白白聚聚糖糖，如如丝丝甘甘蛋蛋白白聚聚糖糖等等。此此外外还还存存在在未未纳纳入入这这5 5类类的的“兼兼职职”蛋蛋白白聚聚糖糖，如如运运铁铁蛋蛋白白受受体体、归归巢巢淋淋巴巴细细胞胞受受体体、类类主主要要组组织织相相容容性性抗抗原原以以及及型型胶胶原原

135、等等。这这些些大大分分子子既既有有结结合合GAGGAG的的形形式式也也有有不不结结合合GAGGAG的的形形式。式。4.3.2蛋白聚糖的结构与功能蛋白聚糖的结构与功能4.3.2.1 细胞外与透明质酸特异结合的蛋白聚糖 透透明明质质酸酸广广泛泛存存在在于于生生物物界界，从从StreptococcusStreptococcus的的荚荚膜膜到到无无脊脊椎椎动动物物和和脊脊椎椎动动物物的的结结缔缔组组织织和和胞胞外外基基质质。哺哺乳乳动动物物的的皮皮肤肤、骨骨骼骼、玻玻璃璃体体、脐脐带带、滑滑液液中中含含有有丰丰富富的的HAHA，HAHA独独特特的的理理化化性性质质及及其其在在胞胞外外基基质质中中的的功

136、功能能是是其其它它GAGGAG不不可可比比拟拟的的。HAHA巨巨大大的的分分子子量量以以及及带带有有密密集集的的负负电电荷荷，使使之之呈呈展展开开的的无无规规则则线线团团结结构构，占占有有巨巨大大的的溶溶剂剂空空间间，在在10mg/ml10mg/ml浓浓度度下下其其粘粘度度大大约约是是水水的的50005000倍倍，成成为为良良好好的的生生物物润润滑滑剂剂。这这些些大大分分子子也也可可自自身身聚聚集集，形形成成有有序序的的螺螺旋旋区区，进进而而交交织织成成网网络络，具具有有相当的弹性。相当的弹性。 透透明明质质酸酸能能以以非非共共价价键键专专一一地地与与某某些些蛋蛋白白质质结结合合，这这些些蛋蛋

137、白白质质包包括括两两类类：结结构构性性HAHA结结合合蛋蛋白白，如如连连接接蛋蛋白白、可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖、多多能能蛋蛋白白聚聚糖糖以以及及脑脑中中的的透透明明质质酸酸粘粘连连蛋蛋白白（hyaluronectinhyaluronectin）等等，它它们们具具有有富富含含碱碱性性残残基基的的HAHA结结合合模模体体，如如可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖有有两两个个这这样样的的模模体体：7171 RIKWSRVSKRIKWSRVSK7979和和21092109KRTMRPTRRKRTMRPTRR21172117，与与HAHA至至少少1010个个糖糖残残基基相相结结合合，形形成成蛋蛋白白聚聚糖糖聚聚集集

138、体体，与与结结缔缔组组织织和和软软骨骨等等的的构构建建和和功功能能有有密密切切关关系系。细细胞胞表表面面的的HAHA结结合合蛋蛋白白（又又称称HAHA受受体体）如如CD44CD44、RHAMMRHAMM等等，也也具具有有HAHA结结 合合 膜膜 体体 ： CD44CD44的的3838KNGRYSISRKNGRYSISR4646和和 RHAMMRHAMM的的401401KQKIKHVVKLKKQKIKHVVKLK411411，可可与与HAHA至至少少6 6个个糖糖残残基基相相结结合合，这这种种结结合合显显著著影影响响细细胞胞行行为为，如如细细胞胞- -细细胞胞粘粘附附、细细胞胞迁迁移、增殖、分化

139、等。移、增殖、分化等。 在在胞胞外外基基质质中中，可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖与与HAHA、连连接接蛋蛋白白形形成成稳稳定定的的聚聚集集体体（图图4.294.29）。软软骨骨基基质质中中的的PGPG超超过过其其湿湿重重的的10%10%，1313C C核核磁磁共共振振研研究究显显示示在在这这种种浓浓缩缩状状态态下下的的GAGGAG有有很很高高的的负负电电荷荷密密度度，仍仍能能分分段段高高度度运运动动，使使软软骨骨具具有有弹弹性性，在在抗抗压压力力负负荷荷时时发发生生最最小小限限度度的的变变形形，或者说或者说PGPG在软骨中起着在软骨中起着“分子弹簧分子弹簧”的作用。的作用。图图4.29多能蛋白聚糖丝

140、甘蛋白聚糖饰胶蛋白聚糖粘结蛋白聚糖大鼠软骨蛋白聚糖 软软骨骨胞胞外外基基质质富富含含的的可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖分分子子量量约约2500kDa2500kDa，它它的的核核心心蛋蛋白白共共价价结结合合大大约约100100条条CSCS链链、5050条条KSKS链链、5050条条O-O-聚聚糖糖链链以以及及10101515条条N-N-聚聚糖糖链链。大大鼠鼠可可聚聚蛋蛋白白聚聚糖糖核核心心蛋蛋白白由由21242124个个氨氨基基酸酸组组成成，除除1919个个氨氨基基酸酸组组成成信信号号肽肽外外，可可划划分分成成8 8个个不不同同的的结结构构域域：N-N-端端附附近近的的两两个个球球状状结结构构域域G1

141、G1和和G2G2，二二者者之之间间为为135135个个残残基基组组成成的的球球状状间间结结构构域域，G1G1区区含含有有HAHA结结合合部部位位和和连连接接蛋蛋白白结结合合区区。C-C-端端的的G3G3结结构构域域参参与与胞胞外外基基质质的的组组装装，可可能能与与其其它它基基质质大大分分子子上上的的配配体体相相互互作作用用。G2G2与与G3G3结结构构域域之之间间为为GAGGAG附附着着区区，CSCS链链、O-O-聚聚糖糖和和KSKS链链是是紧紧密密间间隔隔的的，平平均均每每7 7个个氨氨基基酸酸残残基基就就有有一一个个糖糖链链。CSCS的的平平均均MrMr约约202030kDa30kDa，K

142、SKS的的MrMr大大约约101015kDa15kDa，GAGGAG附附着着区区可可分分成成KSKS富富集集区区和和CSCS富富集集区区，后后者者再再分分成成CS1CS1、CS2CS2和和CS3CS3区区。KSKS结结构构域域和和CSCS结结构构域域有有一一定定的的种种属属差差异异，如如KSKS区区重重复复的的六六肽肽模模体体（E E E/K E/K PFPSPFPS）n n，牛牛n=3n=3，人人n=12n=12，大大鼠和鸡鼠和鸡n=3n=34 4。 大大鼠鼠的的CS1CS1区区含含1515个个高高度度相相似似的的2020肽肽重重复复序序列列，人人的的CS1CS1区区含含有有2929个个相相

143、似似的的1919肽肽重重复复序序列列。这这些些结结构构差差异异符符合合外外显显子随机组合，而对其功能似乎没有明显的影响。子随机组合，而对其功能似乎没有明显的影响。4.3.2.24.3.2.2 胞外小分子基质蛋白聚糖 胞胞外外基基质质中中的的低低分分子子量量蛋蛋白白聚聚糖糖只只含含1 1条条或或几几条条GAGGAG链链，如如饰饰胶胶蛋蛋白白聚聚糖糖、双双链链蛋蛋白白聚聚糖糖、纤纤调调蛋蛋白白聚聚糖糖、光光蛋蛋白白聚聚糖糖等等，它它们们的的核核心心蛋蛋白白都都有有富富含含LeuLeu的的重重复复模模体体，因因而而称称为为富富含含亮亮氨酸的蛋白聚糖。氨酸的蛋白聚糖。 饰饰胶胶蛋蛋白白聚聚糖糖的的分分

144、子子量量约约9090140kDa140kDa，只只含含1 1条条GAGGAG链链；双双链链蛋蛋白白聚聚糖糖的的分分子子量量约约150150240kDa240kDa，含含两两条条CSCS或或DSDS链链。它它们们的的GAGGAG有有以以下下特特征征： 同同一一类类型型细细胞胞产产生生的的这这两两种种蛋蛋白白聚聚糖糖所所含含GAGGAG相相同同或或相相似似； 来来自自不不同同组组织织的的这这两两种种蛋蛋白白聚聚糖糖含含有有不不同同的的GAGGAG； 它它们们所所含含的的GAGGAG分分子子量量多多为为303040kDa40kDa，此此外外还还有有2 23 3个个N-N-聚聚糖糖。饰饰胶胶蛋蛋白白聚

145、聚糖糖常常与与基基质质中中纤纤维维性性胶胶原原相相结结合合，调调节节胶胶原原纤纤维维的的形形成成与与组组装装，还还与与纤纤连连蛋蛋白白等等胞胞外外基基质质大大分分子子特特异异结结合合，抑抑制制由由这这些些大大分分子子介介导导的的细细胞胞粘粘附附。双双链链蛋蛋白白聚聚糖糖常常与与细细胞胞表表面面和和细细胞胞周周围围的的基基质质相相结结合合。这这两两种种蛋蛋白白聚聚糖糖还还与与转转化生长因子化生长因子-结合，中和其促生长活性。结合，中和其促生长活性。 4 .3.2.34 .3.2.3 基膜蛋白聚糖 基基膜膜是是特特殊殊的的薄薄片片状状胞胞外外基基质质，由由型型胶胶原原、层层连连蛋蛋白白（lamin

146、inlaminin）、巢巢蛋蛋白白（nidogennidogen）和和蛋蛋白白聚聚糖糖（HSPGHSPG，CSPGCSPG）等等组组成成。基基膜膜蛋蛋白白聚聚糖糖如如串串珠珠样样蛋蛋白白聚聚糖糖分分子子量量约约850kDa850kDa，核核心心蛋蛋白白约约467kDa467kDa，基基N-N-端端区区连连接接1 13 3条条分分子子量量约约60kDa60kDa的的HSHS链链以以及及10101212条条N-N-聚聚糖糖。串串珠珠样样蛋蛋白白聚聚糖糖可可以以彼彼此此聚聚集集，也也能能与与型型胶胶原原、层层连连蛋蛋白白、巢巢蛋蛋白白等等大大分分子子相相结结合合，使使HSPGHSPG的的核核心心蛋蛋

147、白白锚锚定定于于基基膜膜致致密密层层内内或或其其表表面面，促促进进基基膜膜组组装装。这这些些HSPGHSPG还还影影响响肾肾小小球球基基膜膜的的渗渗透透性性，介介导导乙乙酰酰胆胆碱碱酯酯酶酶在在神神经经肌肌肉肉连连接接点点上上的的定定位位，结结合合抗抗凝凝血血酶酶等等蛋蛋白白酶酶抑抑制制物物，还还促促进进细细胞胞粘粘附附于于基基膜膜。内内皮皮基基膜膜中中的的HSPGHSPG在在发发育育过过程程中中可可调调节平滑肌细胞的生长、增殖、迁移以及血管重建等。节平滑肌细胞的生长、增殖、迁移以及血管重建等。4.3.2.44.3.2.4 细胞表面蛋白聚糖 细细胞胞表表面面的的蛋蛋白白聚聚糖糖多多属属HSPG

148、HSPG，通通过过其其核核心心蛋蛋白白的的疏疏水水片片段段插插入入膜膜中中，或或与与糖糖基基磷磷脂脂酰酰肌肌醇醇共共价价连连接接锚锚定定在在膜膜上上，或或利利用用HSHS链链与与膜膜结结合合。此此类类蛋蛋白白聚聚糖糖包包括括粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖、糖基磷脂酰肌醇蛋白聚糖、糖基磷脂酰肌醇蛋白聚糖、-蛋白聚糖和蛋白聚糖和CD44CD44等。等。 粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖-1-1核核心心蛋蛋白白分分子子量量约约31kDa31kDa，N-N-端端235235个个氨氨基基酸酸残残基基构构成成胞胞外外域域，共共价价连连接接3 3条条HSHS和和2 2条条CSCS链链；跨跨膜膜区区由由大大约约2525个个

149、氨氨基基酸酸组组成成；C-C-端端3434个个氨氨基基酸酸残残基基构构成成胞胞内内区区。粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖-1-1的的HSHS链链可可与与、型型胶胶原原和和纤纤连连蛋蛋白白等等胞胞外外基基质质大大分分子子相相互互作作用用，它它的的胞胞内内区区则则可可与与肌肌动动蛋蛋白白微微纤纤维维相相互互作作用用，使使其其成成为为沟沟通通细细胞胞骨骨架架与与胞胞外外基基质质的的桥桥樑樑，具具有有维维持持细细胞胞形形态态的的作作用用。粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖-1-1还还与与b-b-表表皮皮生生长长因因子子（b-EGFb-EGF）相相互互作作用用，有有利利于于b-EGFb-EGF与与其其受受体体结结合合而而

150、发发挥挥作作用用。粘粘结结蛋蛋白白聚聚糖糖-1-1还还有有许许多多重重要要的的生生理理功功能能，如如在在牙牙齿齿的的形形态态发发生生、前前B B细细胞胞的的成成熟熟与与分分化化、肢肢芽芽的的发发育育等等过过程程中中起起重重要要作作用。用。4.3.2.5 细胞内蛋白聚糖 肥大细胞及许多造血细胞的贮藏颗粒中有丝甘蛋白聚糖。不肥大细胞及许多造血细胞的贮藏颗粒中有丝甘蛋白聚糖。不同来源的丝甘蛋白聚糖大小不同，其核心蛋白的分子量在同来源的丝甘蛋白聚糖大小不同，其核心蛋白的分子量在171719kDa19kDa范围内。大鼠丝甘蛋白聚糖核心蛋白含范围内。大鼠丝甘蛋白聚糖核心蛋白含153153个氨基酸，在其个氨

151、基酸，在其8989137137位之间有位之间有2424个个SGSG重复，重复，10101515条条GAGGAG链（肝素和过硫酸化链（肝素和过硫酸化的的CSCS）就连接这里。它的肝素链分子量约就连接这里。它的肝素链分子量约100kDa100kDa，CSCS链中链中GalNAcGalNAc的的2 2，6 6位多被硫酸化，因而带有密集的负电荷，成为有效的阳离位多被硫酸化，因而带有密集的负电荷，成为有效的阳离子交换基质。在细胞贮藏颗粒中，丝甘蛋白聚糖可与带正电荷的子交换基质。在细胞贮藏颗粒中，丝甘蛋白聚糖可与带正电荷的蛋白酶、羧肽酶、组织胺等相互作用，参与这些生物活性物质的蛋白酶、羧肽酶、组织胺等相互

152、作用，参与这些生物活性物质的贮存和释放，或将碱性生物活性分子组装和浓缩在贮藏颗粒中。贮存和释放，或将碱性生物活性分子组装和浓缩在贮藏颗粒中。这种贮藏颗粒被排出后开始缓慢溶解，为生物活性分子提供了缓这种贮藏颗粒被排出后开始缓慢溶解，为生物活性分子提供了缓释机制，保证其在特定的作用部位较持久地发挥作用。结缔组织释机制，保证其在特定的作用部位较持久地发挥作用。结缔组织肥大细胞的丝甘蛋白聚糖在专一的内切葡萄糖苷酸酶作用下，产肥大细胞的丝甘蛋白聚糖在专一的内切葡萄糖苷酸酶作用下，产生生7 725kDa25kDa的游离肝素，是机体所需肝素的主要来源。游离肝素的游离肝素，是机体所需肝素的主要来源。游离肝素被

153、释放入血，发挥抗凝血、促使脂蛋白脂酶释放入血、保护血管被释放入血，发挥抗凝血、促使脂蛋白脂酶释放入血、保护血管内皮细胞、增强内皮细胞、增强SODSOD活性、延缓动脉粥样硬化等生理作用。活性、延缓动脉粥样硬化等生理作用。4.3.3.14.3.3.1 蛋白聚糖的生物合成 蛋蛋白白聚聚糖糖的的合合成成途途径径基基本本上上与与糖糖蛋蛋白白相相同同，即即首首先先在在核核糖糖体体上上合合成成核核心心蛋蛋白白，再再由由糖糖基基转转移移酶酶在在适适当当的的糖糖基基化化位位点点上上逐逐个个转转移移糖糖基基，合合成成聚聚糖糖链链，然后再进行硫酸化修饰。然后再进行硫酸化修饰。（1 1）HAHA的合成：的合成： 与与

154、其其它它所所有有GAGGAG在在GolgiGolgi中中合合成成不不同同，HAHA是是在在质质膜膜上上合合成成的的。已已克克隆隆了了3 3种种透透明明质质酸酸合合成成酶酶（HAS1HAS13 3），并并在在不不同同生生物物中中鉴鉴定定出出它它们们的的同同工工酶酶，它它们们的的分分子子量量在在424265kDa65kDa范范围围内内。透透明明质质酸酸合合成成酶酶有有1212个个跨跨膜膜区区，但但其其精精细细结结构构尚尚不不了了解解。在在体体外外系系统它每秒大约聚合统它每秒大约聚合100100个糖基，催化活性很高。个糖基，催化活性很高。4.3.3 蛋白聚糖的代谢（2 2）KSKS的合成：的合成：

155、型型和和型型硫硫酸酸角角质质素素寡寡糖糖连连接接区区实实际际上上是是N-N-聚聚糖糖和和O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖，它它们们的的合合成成与与糖糖蛋蛋白白中中完完全全相相同同。然然后后由由1-3GlcNAc 1-3GlcNAc T T和和1-1-4Gal 4Gal T T交交替替作作用用，在在复复杂杂型型N-N-聚聚糖糖1-61-6臂臂末末端端GalGal上上合合成成多多聚聚N-N-乙乙酰酰乳乳糖糖胺胺，或或在在O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖1-61-6臂臂末末端端GalGal上上合合成成多多聚聚N-N-乙乙酰酰乳乳糖糖胺胺。然然后后由由至至少少两两种种硫硫酸酸转转移移酶

156、酶，即即GlcNAc6-O-GlcNAc6-O-硫硫酸酸转转移移酶酶和和Gal6-O-Gal6-O-硫硫酸酸转转移移酶酶对对LNLN链链上上的的GkNAcGkNAc和和GalGal进进行行硫硫酸酸化化修修饰饰，生生成成型型和和型型KSKS（见见图图4.284.28）。）。4.28 型和型KS寡糖连接区的结构（3 3）CS/DSCS/DS的合成：的合成： 在在木木糖糖基基转转移移酶酶、1-4Gal 1-4Gal T T、1-1-3Gal 3Gal T T和和1-3Glc 1-3Glc A A T T作作用用下下，在在核核心心蛋蛋白白适适当当的的SerSer上上合合成成了了四四糖糖连连接接区区。接

157、接下下来来，由由1-1-4GalNAc 4GalNAc T T和和1-3 1-3 GlcGlc A A T T轮轮番番作作用用，合合成成CSCS的的重重复复二二糖糖单单位位，然然后后在在硫硫酸酸转转移移酶酶作作用用下下对对GlcNAcGlcNAc残残基基4 4，6 6位位进进行行硫硫酸酸化化，生生成成CSCS链链。如如由由差差向向异异构构酶酶催催化化CSCS重重复复二二糖糖中中的的GlcAGlcA转转变变成成IdoAIdoA，同同时时把把连连接接二二者者的的键键从从1-31-3变变成成1-31-3，最最后后对对IdoAIdoA的的2 2位进行硫酸化，转变成位进行硫酸化，转变成DSDS。（4 4

158、）HS/HS/肝素的合成肝素的合成： HS/HS/肝素的合成也从上述四糖连接区的合成开始，肝素的合成也从上述四糖连接区的合成开始，然后由然后由1-4 1-4 GlcNAcGlcNAc T T和和1-4GlcA T1-4GlcA T交替作用，合成类似交替作用，合成类似于于HAHA的聚糖链。接下来在的聚糖链。接下来在GlcNAcGlcNAc N- N-脱乙酰基酶脱乙酰基酶/N-/N-硫酸转移硫酸转移酶催化下，部分酶催化下，部分GlcNAcGlcNAc残基脱乙酰基同时发生残基脱乙酰基同时发生N-N-硫酸化，与硫酸化，与糖醛酸之间的糖苷键也从糖醛酸之间的糖苷键也从1-41-4变为变为1-41-4；Gl

159、cAGlcA表异构酶催表异构酶催化部分化部分GlcAGlcA变成变成IdoAIdoA，与其还原端一侧糖基间的键也从与其还原端一侧糖基间的键也从1-1-4 4变为变为1-41-4；再由再由2-O-2-O-硫酸转移酶催化硫酸转移酶催化IdoA2IdoA2位硫酸化，还位硫酸化，还有少数有少数6 6位和位和2 2位硫酸化的位硫酸化的GlcNGlcN第第3 3位在位在3-O-3-O-硫酸转移酶催化硫酸转移酶催化下发生硫酸化，最终生成下发生硫酸化，最终生成HSHS链（图链（图4.304.30）。当上述）。当上述GlcNAcGlcNAc脱脱乙酰基并乙酰基并N-N-硫酸化，硫酸化，GlcAGlcA表异构化生成

160、表异构化生成IdoAIdoA以及后续的硫酸以及后续的硫酸化程度更高一些，就从化程度更高一些，就从HSHS转变成肝素。已鉴定出转变成肝素。已鉴定出4 4种种N-N-脱乙脱乙酰基酶酰基酶/N-/N-硫酸转移酶、硫酸转移酶、3 3种种6-O-6-O-硫酸转移酶、硫酸转移酶、5 5种种3-O-3-O-硫酸硫酸转移酶以及转移酶以及GlcAGlcA表异构表异构 酶和酶和2-O-2-O-硫酸转移酶。这些酶很可硫酸转移酶。这些酶很可能定位在能定位在GolgiGolgi体同一垛叠中，形成超分子复合物，其组分体同一垛叠中，形成超分子复合物，其组分变化对变化对HS/HS/肝素糖链最终的结构起调控作用。肝素糖链最终的

161、结构起调控作用。图4.30 HS链生物合成过程示意图4.3.3.2 蛋白聚糖的降解 与与糖糖蛋蛋白白的的降降解解一一样样，蛋蛋白白聚聚糖糖的的降降解解也也是是个个高高度度有有序序受受调调控控的的过过程程。细细胞胞外外的的蛋蛋白白聚聚糖糖首首先先被被内内吞吞，在在溶溶酶酶体体内内它它的的蛋蛋白白质质部部分分被被组组织织蛋蛋白白酶酶降降解解成成氨氨基基酸酸，糖糖胺胺聚聚糖糖链链一一般般先先被被几几种种内内切切氨氨基基已已糖糖苷苷酶酶降降解解成成约约10kDa10kDa的的片片段段，再再由由外外切切糖糖苷苷酶酶从从非非还还原原端端依依次次将将其其降降解解成成单单糖糖。外外切切酶酶通通常常不不对对有有

162、取取代代基基的的糖糖起起作作用用，因因而而先先由由硫硫酸酸酶酶去去掉掉硫硫酸酸基，创造出适合于外切酶作用的非还原端。基，创造出适合于外切酶作用的非还原端。 HAHA首首先先由由透透明明质质酸酸酶酶切切下下一一个个四四糖糖，产产生生的的片片段段再再被被-葡葡萄萄糖糖醛醛酸酸酶酶和和-N-N-乙乙酰酰氨氨基基已已糖糖苷酶从非还原端顺序降解，最终生成单糖。苷酶从非还原端顺序降解，最终生成单糖。 HSHS链链首首先先由由一一种种内内切切葡葡萄萄糖糖苷苷酸酸酶酶降降解解成成HSHS片片段段，接接着着按按图图4.314.31所所示示有有序序降降解解：非非还还原原端端的的IdoA-2-IdoA-2-硫硫酸酸

163、必必须须先先在在专专一一的的IdoA-2-IdoA-2-硫硫酸酸酶酶作作用用下下脱脱硫硫酸酸，才才能能成成为为-葡葡萄萄糖糖苷苷酸酸酶酶的的底底物物。新新的的非非还还原原端端GlcN-2-GlcN-2-硫硫酸酸，也也要要先先在在专专一一的的硫硫酸酸乙乙酰酰肝肝素素-N-N-硫硫酸酸酶酶作作用用下下脱脱去去N-N-硫硫酸酸，才才能能接接受受后后续续的的乙乙酰酰CoACoA：N-N-乙乙酰酰基基转转移移酶酶的的作作用用，把把GlcNGlcN转转变变成成GlcNAcGlcNAc，然然后后被被-N-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖苷苷酶酶切切掉掉。剩剩余余部部分分依依次次被被-葡葡萄萄糖糖苷苷酸酸酶酶

164、、N-N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖-6-6-硫硫酸酸酶酶和和-N-N-乙乙酰酰氨氨基葡萄糖苷酶降解，全部变成单糖。基葡萄糖苷酶降解，全部变成单糖。图图4.31 4.31 硫硫酸乙酰肝素酸乙酰肝素降解过程示降解过程示意图意图 肝肝素素、DSDS和和CSCS的的降降解解与与HSHS相相似似。型型KSKS的的降降解解类类似似于于N-N-聚聚糖糖，型型KSKS的的降降解解类类似似于于O-O-GalNAcGalNAc聚聚糖糖，不不再再赘赘述述。糖糖胺胺聚聚糖糖降降解解过过程程酶酶缺缺失失会会导导致致降降解解反反应应中中断断，造造成成某某些些降降解解中中间间物的堆积，称为粘多糖贮积症。物的堆积，称为粘

165、多糖贮积症。 表表4.64.6列列举举了了几几种种粘粘多多糖糖贮贮积积症症的的酶酶缺缺陷及其临床症状陷及其临床症状综合症综合症疾病名称疾病名称分类分类酶缺陷酶缺陷受影响受影响的的GAG临床症状临床症状HurlerMPSH-L-艾杜糖苷酸酶艾杜糖苷酸酶DS，HS角角膜膜云云斑斑，器器官官异异常常巨巨大大，心心脏脏病病，精神迟钝，多死于幼年精神迟钝，多死于幼年HurlerMPS艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸-硫酸酶硫酸酶DS，HS重重型型：器器官官异异常常巨巨大大，精精神神迟迟钝钝，15岁岁前前死死亡亡，较较轻轻的的：身身材材矮矮小小，智力正常，可存活智力正常，可存活20年以上年以上SangilippoAM

166、PSA乙酰肝素：乙酰肝素：N-硫酸酶硫酸酶HS极度愚钝，中度骨骼变形极度愚钝，中度骨骼变形SangilippoBMPSB-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶乙酰氨基葡萄糖苷酶HS与与A相似相似SangilippoCMPSC乙乙酰酰CoA：-葡葡萄萄糖糖胺胺乙乙酰基转移酶酰基转移酶HS类似于类似于ASangilippoDMPSDN-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖6-硫硫酸酸酶酶HS类似于类似于AMorquioAMPSA半乳糖半乳糖6-硫酸酶硫酸酶KS，CS角角膜膜云云斑斑，骨骨骼骼畸畸形形，牙牙齿齿发发育育不不良良MorquioBMPSB-半乳糖苷酶半乳糖苷酶KS与与A相同相同MaroteauxLamyMPS

167、N-乙乙酰酰氨氨基基半半乳乳糖糖4-硫硫酸酸酶酶DS角角膜膜云云斑斑，严严重重骨骨骼骼变变形形，智智力力正正常，重型者仅存活常，重型者仅存活10年年MPS为为mucopolysaccharidosis（粘多糖症）的缩写粘多糖症）的缩写表4.6 粘多糖贮积症4.4糖生物学：生命科学中的新前沿糖生物学：生命科学中的新前沿 100100多多年年的的研研究究史史表表明明，糖糖类类是是生生物物体体内内除除核核酸酸和和蛋蛋白白质质之之外外的的又又一一类类重重要要的的生生物物大大分分子子，尤尤其其是是一一类类重重要要的的信信息息分分子子。19881988年年牛牛津津大大学学DwekDwek教教授授在在Ann

168、uAnnu. . Rev. Rev. BiochemBiochem上上发发表表了了以以“GlycobiologyGlycobiology”为为题题的的综综述述，标标志了糖生物学的正式诞生。志了糖生物学的正式诞生。19981998年年5 5月在法国召开的月在法国召开的“国际糖生物工程讨论会国际糖生物工程讨论会”上，上，分别研讨了分别研讨了 糖生物学，包括糖蛋白和糖脂合成的分子糖生物学，包括糖蛋白和糖脂合成的分子生物学，糖基转移酶的分子生物学，包括糖蛋白和糖脂合生物学，糖基转移酶的分子生物学，包括糖蛋白和糖脂合成的分子生物学，糖基转移酶的分子生物学，细胞内的通成的分子生物学，糖基转移酶的分子生物学

169、，细胞内的通路和投送受体，分化发育与基因治疗，免疫学和神经生物路和投送受体，分化发育与基因治疗，免疫学和神经生物学，寄主和病原体的相互作用，糖基化与疾病等；学，寄主和病原体的相互作用，糖基化与疾病等； 糖糖化学，涉及化学合成，化学，涉及化学合成， 组合合成、酶法合成，分子相互作用和结构分析，数据组合合成、酶法合成，分子相互作用和结构分析，数据库和网络等；库和网络等； 糖生物工程，包括发展糖类药物的重糖生物工程，包括发展糖类药物的重组工具、表达系统、寄主和载体、寄主细胞的糖基化工组工具、表达系统、寄主和载体、寄主细胞的糖基化工程，糖蛋白生产系统，生物工程工序、药理学和诊断，程，糖蛋白生产系统，生

170、物工程工序、药理学和诊断，重组和天然糖蛋白的糖信号及其在体内的命运和靶向性，重组和天然糖蛋白的糖信号及其在体内的命运和靶向性，质量控制和分子技术，法规条例等。质量控制和分子技术，法规条例等。糖生物学是二十世纪生命科学最后一个重大研究领域，正处于蓬勃发展的阶段。二十一世纪生命科学的研究焦点是对多细胞生物的高层次生命现象的解释。因此对细胞识别和调控过程的信号分子糖类的探索必然具有举足轻重的关键性作用。参考文献1王王镜镜岩岩、朱朱圣圣庚庚、徐徐长长法法主主编编，生生物物化化学学（第第三三版版），高高等教育出版社，等教育出版社，20022陈陈惠惠黎黎主主编编，生生物物大大分分子子的的结结构构和和功功能

171、能，复复旦旦大大学学出出版版社社，19993孙孙册册、莫莫汉汉庆庆编编著著，代代谢谢（二二），糖糖蛋蛋白白与与蛋蛋白白聚聚糖糖，科科学出版社，学出版社，19874吴东儒主编，糖类的生物化学，高等教育出版社，吴东儒主编，糖类的生物化学，高等教育出版社，19875陈陈惠惠黎黎主主编编，糖糖复复合合物物的的结结构构与与功功能能，上上海海医医科科大大学学出出版版社，社，19976张惟杰主编，复合糖研究技术，上海科技出版社，张惟杰主编，复合糖研究技术，上海科技出版社，19877孙册编著，凝集素，科学出版社，孙册编著，凝集素，科学出版社，19868A.Varki,R.Cummings,J.Esko,H.F

172、reezo,G.Hart,andJ.Marth, Essentials of Glycobiology, 1999, First published byColdSpringHarbourLaboratoryPress.9J.LechnerandF. Wieland,StructureandBiosynthesisofprokaryoticGlycoproteins,Annu.Rev.Biochem.1989,58:1239410L.KjellenandV. Lindahl,Proteoglycans:structureandInteraction,Annu.Rev.Biochem.1991,

173、60:4437611M. R. Wormald, R.B.Parekh, Analysis of Glycoprotein-AssociatedOligosaccharide,Annu.Rev.Biochem.,1993,62:6510012W. I.WeisandK.Dricharide,StructureBasisofLectin-CarbohydrateRecognition,Annu.Rev.Biochem.,1996,65:4417313G.W.Hart,DynamicO-linkedGlycosylationofNuclearandCytoskeletalProteins,Annu

174、.Rev.Biochem.,1997,66:3153514 R. V. Iozzo, Matrix Proteoglycans: From MolecularDesigntoCellularFunction,Annu.Rev. Biochem.,1998,67:6095215M. Bernfield, M. Gotte, P. W. Park, O. Reizes, M. L.Fitzgerald, J. Limcecum and M. Zako, Fuctions of CellSurfaceHeparanSulfateProteoglycans,Annu.Rev.Biochem.,1999,68:72977716A.J.Parodi,ProteinGlucosylationanditsRoleinProteinFolding,Annu.Rev.Biochem.,2000,69:6993The End