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第七章糖类和糖生物学 学习重点 糖的命名和分类糖的结构 难点 糖的性质糖的分析方法 内容 一 引言二 单糖的结构和性质三 重要的单糖和单糖衍生物四 寡糖五 多糖六 糖缀和物七 寡糖结构分析 一 引言 一 糖的生物学功能糖的生物学功能概括 1 作为生物体的结构成分2 作为生物能源的主要物质3 在生物体内转变为其他物质4 作为细胞识别的信号分子 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 糖生物学这一个名词的提出是在1988年 牛津大学德威克教授在当年的 生化年评 中撰写了以 糖生物学 为题的综述 这标志了糖生物学这一新的分支学科的诞生 糖生物学 glycobiology 是研究聚糖及其衍生物的结构 化学 生物合成及生物功能的科学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 二 糖类的化学本质 1 碳水化合物名称由来Carbon 碳 hydrate 水合物 通式Cm H2O n碳水化合物2 糖类的化学本质糖类是多羟醛 多羟酮或其衍生物 或水解时能产生这些化合物的多聚体 鼠李糖及岩藻糖 C6H12O5 脱氧核糖 C5H10O4 三 分类与命名 按糖的聚合度分 单糖 不能被水解成更小分子的糖类 也称为简单糖 三碳 七碳 丙糖 庚糖 常见的是五碳和六碳糖 如核糖 葡萄糖 果糖 半乳糖 甘露糖 寡糖 Oligosaccharides 水解时生成几个单糖 2 10个 如二糖 蔗糖 麦芽糖 乳糖 三糖 四糖等 多糖 Polysaccharides 水解时产生20个以上单糖分子的糖类 包括 同多糖 水解时只产生一种单糖或其衍生物 如淀粉 糖原 杂多糖 水解时产生一种以上单糖或其衍生物构成如 如半纤维素 透明质酸 糖缀合物 糖复合物 糖类物质与蛋白质或脂类等生物分子形成的共价缀合物 如 糖蛋白和糖脂 糖衍生物 Sugarderivatives 糖胺 糖酸和糖酯 二 单糖的结构和性质 一 单糖的链状结构 二 单糖的环状结构 三 单糖的构象 四 单糖的物理和化学性质 旋光异构 原子组成 分子式 分子量相同 有关旋光异构的几个概念 1 同分 异构 isomerism 2 手性C原子 与四个不同的原子或原子基团共价连接并因而失去对称性的四面体碳 3 旋光性 尼克尔棱镜平面偏振光左 右旋旋光度 旋光性 光学活性 旋光物质使平面偏振光的偏振面发生旋转的能力 4构型与构象 1 构型 是指一个分子由于其中各原子特有的固定空间排列 而使该分子所具有的特定立体化学形式 当某一物质由一种构型转变为另一种构型时 要求共价键的断裂和重新形成 2 构象 一个分子中 不改变共价键结构 仅单键周围的原子旋转所产生的原子的空间排布 一种构象改变为另一种构象时 不要求共价键的断裂和重新形成 由于单键基本自由旋转以及键角有一定的柔性 一种具有相同结构和构型的分子在空间里可采取多种形态 分子所采取的特定形态称为构象 构型 原子或基团在空间的相对分布或排列 涉及共价键的断裂 构象 当单键旋转时 取代基团可能形成不同的立体结构 不涉及共价键的断裂 最简单的单糖是丙醛糖和丙酮糖 除丙酮糖外 其它单糖分子都有旋光异构体 丙醛糖丙酮糖 己醛糖己酮糖 单糖的旋光异构体 24 1623 8 旋光异构体的数目 2n Fischer投影式 常见单糖 D 甘油醛L 甘油醛 单糖的构型和标记法 在糖化学中 采用D L法标记单糖的构型 单糖构型的确定以甘油醛为标准 距羰基最远的手性碳与D 甘油醛的手性碳构型相同时 为D型 与L 甘油醛构型相同时 为L型 自然界存在的单糖大多是D型糖 D型糖 D 甘油醛 单糖构型的确定 D 葡萄糖 D 果糖 L型糖 L 甘油醛 单糖的几种简写式 D 葡萄糖L 葡萄糖 D型糖与L型糖是对映体 根据D型糖可写出相应的L型糖 甘露糖果糖 半乳糖 D系醛糖 D 葡萄糖与D 甘露糖在构型上只有C2构型不同 称为差向异构 D 葡萄糖与D 半乳糖也为差向异构 多个手性碳的非对映体 彼此间只有一个手性碳原子的构型不同 而其余的都相同者 称为差向异构体或表异构体 D系酮糖 结构通式醛糖酮糖 有旋光异构现象 以及对映体D L型 碳原子是不对称的 链状结构 单糖构型的命名 含n个手性C的化合物的旋光异构体的数目 2n 个 对映体的数目 2n 2 对 离羰基碳最远的那个手性C的构型作为醛糖分子的构型 DL型 异头物 异头物 异头物 RS型 DL型以甘油醛作为参照物单糖的构型指分子中离羰基碳最远的那个手性碳原子的构型 D系单糖和L系单糖 甘油醛 环状结构 单糖的变旋现象 Mutarotation D 葡萄糖的变旋现象 mutarotation D 葡萄糖的变旋光现象 用其链状结构是无法解释的 葡萄糖作为多羟醛不具有醛类的某些典型反应性能 如 缺少Schiff化反应 不能使H2SO3漂白的品红还原 醛类能与NaHSO3反应 而单糖不能与NaHSO3起加成反应 仅与一分子醇成半缩醛反应 不能与两分子醇成缩醛反应 D 葡萄糖和 D 葡萄糖 二者互称异头物 D 葡萄糖 63 0 1 D 葡萄糖 37 物理及化学方法证明 结晶状态的单糖是以环状结构存在的 Fisher投影式环状结构的氧桥过长 不尽合理 转折 旋转 成环 成环 D 吡喃葡萄糖 D 吡喃葡萄糖 1926年英国化学家Haworth建议使用Boeseken首次提出的一种透视式来表示单糖的环状结构 D 葡萄糖由Fischer式改写为Haworth式的步骤 吡喃糖和呋喃糖 Haworth式 透视式 吡喃型 呋喃型 D 葡萄糖 D 葡萄糖 葡萄糖的Haworth透视式吡喃型99 9 左上右下 单糖的Haworth透视式 D 果糖 果糖的Haworth式 单糖的名称 六元环不是平面型的 透视式仍不能真实地反映单糖的三维空间结构 吡喃糖六元环与环己烷相似 优势构象也是椅式 D 半乳糖 D 阿洛糖 D 葡萄糖 D 葡萄糖 单糖的构象 葡萄糖的构象 船式 椅式 单糖都是无色结晶 有甜味 有吸湿性 在水中溶解度很大 能形成过饱和溶液 糖浆 除丙酮糖外 单糖都有旋光性 大多数有变旋光现象 单糖的物理性质 单糖化学性质 单糖是多羟基醛或多羟基酮 具有醇和醛 酮的某些性质 成酯 成醚 还原 氧化等 分子内羟基和羰基的相互影响 还具有一些特殊的性质 单糖在水溶液中是以链式和环式平衡存在的 单糖的反应有的以环状结构进行 有的则以链式结构进行 单糖化学性质 旋光性除二羟基丙酮外 都是旋光性物质 比旋光度 旋光率 旋光度 DtD 的表示方法在旋光率数值前加 和 分别表示右旋和左旋 旋光方向和程度是由整个分子的立体结构决定的 与DL构型无关 几种常见单糖的比旋光率 tD 一定温度和波长下测定的旋光性物质的比旋光度 是一个特征性物理常数 因此比旋光度是鉴定糖类物质的一项重要指标 2溶解度 单糖都是无色结晶 羟基 多 在水溶液中溶解度很大 不溶于乙醇 丙酮 3甜度 单糖都有甜味 果糖170 蔗糖100 转化糖130 1 异构化 D 果糖 D 甘露糖 D 葡萄糖在碱溶液中 酮糖不被溴水氧化 可用溴水鉴别醛糖和酮糖 单糖可被多种氧化剂氧化 表现出还原性 D 葡萄糖酸D 葡萄糖二酸 D 葡萄糖醛酸 2 氧化 1 酸性溶液中的氧化 醛糖和酮糖都可被Fehling试剂或Tollens试剂氧化 能还原Fehling试剂或Tollens试剂的糖叫还原糖 所有的单糖都是还原糖 2 碱性溶液中的氧化 醛糖或酮糖也能还原Benedict试剂 H2 NiNaBH4LiAlH4 还原产物叫糖醇 葡萄糖醇亦称山梨醇 存在于许多水果中 葡萄糖醇 3 还原反应 单糖与苯肼作用 先羰基与苯肼生成苯腙 苯肼过量时 生成不溶于水的黄色结晶 叫糖脎 过量 苯肼 4 成脎反应 醛糖或酮糖的成脎反应 都发生在C1和C2上 同碳数的单糖 只是C1和C2不同 其它C原子的构型相同 与苯肼反应得到相同的脎 5 成酯反应 生物体内 糖在酶的作用下形成一些单酯或二酯 其中最重要的是磷酸酯 它们在生物代谢过程中起着重要的作用 6 磷酸葡萄糖 1 磷酸葡萄糖 6 磷酸果糖 1 6 二磷酸果糖 甲基 D 葡萄糖苷 苷键 D 葡萄糖甲苷 单糖的半缩醛羟基 称苷羟基 与其他含羟基的化合物形成环状缩醛 在糖化学中叫糖苷 6 成苷反应 糖苷中 非糖部分叫配糖基 连接配糖基与糖苷基的键叫苷键 7 甲基化 糖分子中的醇羟基 可进行甲基化成醚 糖对碱敏感 醇羟基甲基化时 首先将糖转化为糖苷 然后以硫酸二甲酯进行甲基化 甲基 2 3 4 6 四 O 甲基 D 葡萄糖 反应产物中甲氧基的性质是不同的 以稀酸水解 只能除去C1上的甲氧基 2 3 4 6 四 O 甲基 D 葡萄糖 糖的甲基化在测定结构时极为有用 支链淀粉 2 3 6 三甲基葡萄糖 2 3 二甲基葡萄糖 2 3 4 6 四甲基葡萄糖 糖链结构测定的常用方法 高碘酸氧化 甲基化分析 甲醚基糖醇乙酰化 寡糖顺序降解 化学法 测定直链多糖的聚合度和支链多糖的分支数目 确定糖苷键的位置 酶法 外切糖苷酶 从糖链非还原端 内切糖苷酶 从糖链内部 Molish试剂 奈酚与糠醛 羟甲基糠醛生成紫色物质 鉴别糖的存在 Seliwanoff反应 间苯二酚与盐酸遇酮糖呈红色 遇醛糖呈很浅的颜色 三 重要的单糖和单糖衍生物1 丙糖和丁糖D 甘油醛D 赤藓糖丙糖丁糖二羟基丙酮D 赤藓酮糖 2 戊糖D 核糖D 2 脱氧核糖D 木糖L 阿拉伯糖D 核酮糖D 木酮糖3 己糖D 葡萄糖D 果糖己醛糖D 甘露糖己酮糖D 半乳糖D 山梨糖 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 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 acetylmuramicacid NAM 是胞壁酸 muramicacid 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 acetylneuraminicacid 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 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 单糖衍生物 糖苷是环状单糖分子的半缩醛羟基与非糖物质的羟基 或 NH 缩合形成的缩醛型化合物 糖基与配基 糖苷和 糖苷 配基有酸类 醛类 酚类 固醇类 嘌呤类 单糖等 其生物学功能由配基决定 苦杏仁苷 花色苷 单宁等 糖苷有两种类型 O 糖苷和N 糖苷 也有C 糖苷和S 糖苷 糖苷键 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 自然界存在的重要单糖衍生物 单糖的重要衍生物 糖醇 较稳定 有甜味 甘露醇 山梨醇 糖醛酸 由单糖的伯醇基氧化而得 葡萄糖醛酸 半乳糖醛酸 氨基糖 糖中的羟基为氨基所取代 D 氨基葡萄糖 糖苷 单糖的半缩醛上羟基与非糖物质 醇 酚等 的羟基形成的缩醛 洋地黄苷 皂角苷 四 寡糖 2 6个单糖分子组成的糖称为寡糖 自然界中 重要的是二糖和三糖 一 二糖 disaccharide 1 蔗糖 sucrose 1分子 D 葡萄糖和1分子 D 呋喃果糖通过 1 2 糖苷键结合而成的 蔗糖无游离半缩醛羟基 故无还原性 称为 非还原糖 蔗糖的水解产物含D 葡萄糖和D 果糖 前者 D20为 52 2 后者为 92 4 两相抵消 水解液表现为左旋 与原来的蔗糖不同 故称其为 转化糖 蔗糖易结晶 易溶于水 难溶于乙醇 熔点186 加热至200 则是褐色焦糖 2 纤维二糖 Cellobiose 3 乳糖 Lactose 1分子 D 葡萄糖和1分子 D 半乳糖缩合而成 不易溶于水 甜度低 是还原糖 能成脎 酵母不能发酵乳糖 乳糖是乳汁中的主要糖分 牛奶含4 左右 人奶含5 7 4 麦芽糖 maltose 由两分子 D 葡萄糖分子缩合而成 易溶于水 属还原糖 易被酵母发酵 工业上通过酶促水解淀粉大量生产麦芽糖 5 异麦芽糖 isomaltose 由两分子葡萄糖缩合而成 与麦芽糖不同 它是 1 6 糖苷键 有还原性 不能被酵母发酵 二 三糖常见的三糖有棉子糖 龙胆三糖 松三糖棉子糖 半乳糖 葡萄糖 果糖 五 多糖 多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物 多糖没有还原性和变旋现象 无甜味 大多不溶于水 多糖的结构包括单糖的组成 糖苷键的类型 单糖的排列顺序3个基本结构因素 多糖的功能 1 贮藏和结构支持物质 2 抗原性 荚膜多糖 3 抗凝血作用 肝素 4 为细胞间粘合剂 透明质酸 5 携带生物信息 糖链 多糖代表物 一 贮存同多糖 淀粉与糖原 天然淀粉由直链淀粉 以 1 4 糖苷键连接 与支链淀粉 分支点为 1 6 糖苷键 组成 淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关 链长小于6个葡萄糖基 不能呈色 链长为20个葡萄糖基 呈红色 链长大于60个葡萄糖基 呈蓝色 糖原又称动物淀粉 与支链淀粉相似 与碘反应呈红紫色 1 直链淀粉 直链淀粉结构单位是麦芽糖 分子量约1万 200万 250 260个葡萄糖分子 以 1 4 糖苷键聚合而成 呈螺旋结构 遇碘显蓝紫色 1 直链淀粉 2 支链淀粉 支链淀粉结构单位是麦芽糖和异麦芽糖 分子中除了 1 4 糖苷键构成糖链以外 在支点处存在 1 6 糖苷键 分子量较高 数千个D 葡萄糖分子或更多 遇碘显紫红色 淀粉 碘复合物的颜色糊精 淀粉在酸和淀粉酶作用下逐步水解 生成分子大小不一的中间物 二 糖原 高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原糖原分子比支链淀粉有更多的分支结构 以12个葡萄糖残基为其分支的长度 增加分子的溶解度 非还原端多可有多个非还原端同时受到降解 其颗粒含有调节蛋白和催化糖原合成与分解的酶类是最易动用的葡萄糖贮库 二 结构同多糖纤维素 纤维素是自然界最丰富的有机化合物 是一种线性的由D 吡喃葡萄糖基借 1 4 糖苷键连接的没有分支的同多糖 微晶束相当牢固 D 乙酰氨基葡萄糖聚合而成的多糖 几丁质也大量存在于昆虫和甲壳类动物 虾 蟹壳 的甲壳之中 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 仅次于纤维素 壳多糖 几丁质 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 结构杂多糖 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50 80 革兰氏阴性细菌细胞壁的肽聚糖含量占其干重的1 10 肽聚糖的功用是保护细菌细胞不易被破坏 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 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 六 糖缀合物 是糖类的还原端和其他非糖组分以共价键结合的产物 一 糖蛋白与蛋白多糖 两种不同类型苷键 N 糖苷键 肽链上的Asn的氨基与糖基上的半缩醛羟基形成 O 糖苷键 肽链上的Ser或Thr的羟基与糖基上的半缩醛羟基形成 糖蛋白中寡糖链末端糖基组成的不同决定人体的血型 O型 Fuc 岩藻糖 A型 Fuc和GNAc 乙酰氨基葡萄糖 B型 Fuc和Gal 半乳糖 二 糖脂与脂多糖 脂类与糖 或低聚糖 结合的一类复合糖 1 甘油醇糖脂 甘油二酯与己糖 半乳糖 甘露糖和脱氧葡萄糖 结合而成 2 N 酰基神经醇糖脂 R 为糖基或糖链基 R为脂肪酸链 糖缀合物 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 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 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 highmannosesubtype 在这种类型中 其五糖以外的糖基全部是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 complexsubtype 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 hybridsubtype 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 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1 5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Gal 1 4GlcNAc二糖单位的Gal外侧可再连接Gal 1 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 SA 2 6GalNAc 1Ser Thr Gal 1 3GalNAc 1Ser Thr GlcNAc 1 3GalNAc 1Ser Thr GalNAc 1 3GalNAc 1Ser Thr 2 多糖基 含有两个以上糖基的O GalNAc3聚糖 其结构可分为核心 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1 4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Gal 1 3GlcNAc 1型结构 Gal 1 4GlcNAc 2型结构以及 Gal 1 4GlcNAc 1 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