糖蛋白和脂蛋白

1、一、一、蛋白质与糖类的相互作用蛋白质与糖类的相互作用主要内容主要内容：v糖蛋白的研究概况糖蛋白的研究概况v糖蛋白的种类和分布糖蛋白的种类和分布v糖蛋白的结构糖蛋白的结构v蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构v糖蛋白和蛋白聚糖的生物功能糖蛋白和蛋白聚糖的生物功能1.1 糖蛋白的研究概况糖蛋白的研究概况v1890年年, Hofmeister等首先将糖蛋白等首先将糖蛋白-卵白蛋白结晶；卵白蛋白结晶；v1895年年, Hammersten等在教科书中提出糖蛋白的概念等在教科书中提出糖蛋白的概念;v20世纪世纪3040年代研究并明确糖蛋白中糖基结构、成分年代研究并明确糖蛋白中糖基结构、成分及部分生物学功能；及部

2、分生物学功能；v20世纪世纪50年代初年代初Leloir等人阐明了糖蛋白中糖基的生物等人阐明了糖蛋白中糖基的生物合成；合成；v20世纪世纪60年代认识了糖蛋白中两种糖苷键的类型；年代认识了糖蛋白中两种糖苷键的类型；v20世纪世纪70年代后进行了对糖蛋白细胞内合成及基因克年代后进行了对糖蛋白细胞内合成及基因克隆与表达的研究，有些制备了单克隆抗体，进一步对隆与表达的研究，有些制备了单克隆抗体，进一步对其抗原决定簇进行了分析与测定，从而推动了对糖蛋其抗原决定簇进行了分析与测定，从而推动了对糖蛋白的深入研究。白的深入研究。A. 气气-质联用质联用：糖基中单糖组成、顺序；：糖基中单糖组成、顺序；B. 凝

3、集素亲和柱凝集素亲和柱：分离出糖蛋白上糖链的某些特：分离出糖蛋白上糖链的某些特性天线性天线, 研究糖链与细胞生长发育和癌变的关系；研究糖链与细胞生长发育和癌变的关系；C. 放射性同位素标记放射性同位素标记：检测极微量物质；：检测极微量物质；D. HPLC：分离和结构测定、定性和定量分析；：分离和结构测定、定性和定量分析；E. NMR：测定糖蛋白的空间结构及结构定性；：测定糖蛋白的空间结构及结构定性；F. 单克隆抗体单克隆抗体：糖链结构的测定：糖链结构的测定1.2 糖蛋白的种类与分布糖蛋白的种类与分布v概念概念：糖蛋白是一类由糖类与多肽或蛋白质以：糖蛋白是一类由糖类与多肽或蛋白质以共价键共价键连

4、接而成的结合蛋白。连接而成的结合蛋白。v总体分类总体分类：糖蛋白和蛋白聚糖糖蛋白和蛋白聚糖v根据糖蛋白的分布和功能相结合的分类根据糖蛋白的分布和功能相结合的分类：粘液糖蛋白粘液糖蛋白 ( mucousglycoproteins ） 血清糖蛋白血清糖蛋白( serum glycoproteins ）结构糖蛋白结构糖蛋白 ( structural glycoproteins） 膜糖蛋白膜糖蛋白( membrane glycoprotein）胎球蛋白、血纤维蛋白、免疫球蛋白、血型蛋白等胎球蛋白、血纤维蛋白、免疫球蛋白、血型蛋白等尿液糖蛋白尿液糖蛋白绒毛膜促性腺激素、促卵泡激素释放因子、促甲状腺激素绒

5、毛膜促性腺激素、促卵泡激素释放因子、促甲状腺激素核糖核酸酶、胃蛋白酶、血清胆碱酯酶核糖核酸酶、胃蛋白酶、血清胆碱酯酶卵白蛋白、抗生物素蛋白、卵类粘蛋白卵白蛋白、抗生物素蛋白、卵类粘蛋白胶原蛋白胶原蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白膜基质糖蛋白、水晶体膜糖蛋白膜基质糖蛋白、水晶体膜糖蛋白颌下腺糖蛋白、胃液糖蛋白颌下腺糖蛋白、胃液糖蛋白常见糖蛋白的分类常见糖蛋白的分类 ( 南京大学南京大学 郑郑 集教授集教授)人、动物人、动物器官或组织器官或组织糖蛋白类型糖蛋白类型卵白卵白卵白蛋白卵白蛋白卵白卵白卵类粘蛋白卵类粘蛋白乳腺乳腺-酪蛋白酪蛋白肝脏肝脏胎球蛋白胎球蛋白肝脏肝脏1-酸性糖蛋白酸性糖蛋白血浆细胞血浆细

6、胞免疫球蛋白免疫球蛋白肝脏、血清肝脏、血清铁传递蛋白、铜蓝蛋白、触珠蛋白铁传递蛋白、铜蓝蛋白、触珠蛋白颌下腺颌下腺OSM、BSM管状细胞膜外糖蛋白层管状细胞膜外糖蛋白层Tamm和和Horsfall糖蛋白糖蛋白唾液、血浆、泪、胆汁唾液、血浆、泪、胆汁血型特异性糖蛋白血型特异性糖蛋白甲状腺甲状腺甲状腺球蛋白甲状腺球蛋白间质外胚层间质外胚层胶原蛋白胶原蛋白呼吸道的杯状细胞呼吸道的杯状细胞呼吸粘蛋白呼吸粘蛋白垂体、胎盘垂体、胎盘促性腺激素促性腺激素肝脏肝脏胆碱酯酶胆碱酯酶胰腺胰腺核糖核酸酶核糖核酸酶人和动物的分泌液、体液的糖蛋白人和动物的分泌液、体液的糖蛋白1.3 糖蛋白的结构糖蛋白的结构v 糖链中糖

7、基的种类和数量相差很大，常见的单糖糖链中糖基的种类和数量相差很大，常见的单糖种类已超过种类已超过10种，糖链中糖基数量可由种，糖链中糖基数量可由130。v糖残基间的连接键称为糖残基间的连接键称为糖苷键糖苷键，已发现的有，已发现的有N-型型糖苷键、糖苷键、O-型糖苷键、型糖苷键、S-型糖苷键、型糖苷键、C-型糖苷键型糖苷键等。最常见的是前两种。等。最常见的是前两种。OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOH -Glc-GlcOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOHOOHOHOHOHOCH2OHOHOHNHOHCOCH3OCH2OHOHOH

8、NHOHCOCH3OCH3OHOHOHOHOOHOHOHOHCOOHOOHOHOHOHCOOHNHOCOOHCOOHCH3C-OHC-OHCH2OH Glc Gal Man Xyl GlcNAc GalNAc SA GlcUA IduA Fuc 1.3.1 N-型糖苷键型糖苷键vN-糖苷键糖苷键：由由GlcNAc 的的 - 异头异头C与与Asn 的的 -酰胺酰胺N原子共价连接形成的。原子共价连接形成的。vN-糖苷键在血浆糖蛋白中常见，故糖苷键在血浆糖蛋白中常见，故N-糖链糖链又名又名血浆蛋白型糖链。血浆蛋白型糖链。v所有的所有的N-糖链糖链都含有一个共同的结构花式：都含有一个共同的结构花式：核

9、核心五糖（三甘露糖基核心）心五糖（三甘露糖基核心）。N-型糖苷键型糖苷键v根据此核心连接区连接其它单糖残基的情况可分根据此核心连接区连接其它单糖残基的情况可分 A. 单纯型单纯型：核心区糖链上仅连接核心区糖链上仅连接Man B. 复合型复合型：核心区糖链上除核心区糖链上除Man外，还连有外，还连有 GlcNAc, Gal, SA, Fuc等等v肽链特点肽链特点： N-型糖苷型糖苷键连接的糖链常在的键连接的糖链常在的Asn-X-Ser顺序顺序的片段中出现。其中的片段中出现。其中 X：极性，复合糖链；非极极性，复合糖链；非极性，单纯型糖链性，单纯型糖链O-型糖苷键型糖苷键 此种连接有以下类型此种连

10、接有以下类型：vGalNAc-Ser(Thr)：除：除GalNAc外，外，Gal, GlcNAc, SA, Fuc等也可以与等也可以与Ser/Thr连接连接. 多见于红细胞多见于红细胞膜、膜、IgA1和黏液蛋白中；和黏液蛋白中；vGal-Gal-Xyl-Ser: 还可以连接糖醛酸等糖基；还可以连接糖醛酸等糖基；vGlc-Gal-HOLys: 主要存在于胶原中。主要存在于胶原中。vAra-HOPro:主要存在于植物和海藻类的糖蛋白主要存在于植物和海藻类的糖蛋白中。中。（二）（二） 糖链种类和数量的差异糖链种类和数量的差异v同一个糖蛋白中可以有多种类型的糖苷键同一个糖蛋白中可以有多种类型的糖苷键:

11、 N-型和型和/或或O-型；型；v同一个糖蛋白中可以只有单一型糖链、复合型同一个糖蛋白中可以只有单一型糖链、复合型糖链，也可有单一型和复合型两种糖链；糖链，也可有单一型和复合型两种糖链；v有的糖蛋白中只有一个糖链，如牛核糖核酸酶有的糖蛋白中只有一个糖链，如牛核糖核酸酶B；有的糖蛋白中有；有的糖蛋白中有800个以上糖链，如羊颌下个以上糖链，如羊颌下腺糖蛋白。腺糖蛋白。常见糖蛋白中所含糖基数和糖基的平均间距常见糖蛋白中所含糖基数和糖基的平均间距 112412701507277647701681929649688006237513113（三）（三） 糖链的生物学功能糖链的生物学功能 v在糖蛋白新生肽

12、链折叠和缔合中的作用在糖蛋白新生肽链折叠和缔合中的作用N-糖链参与新生肽链的折叠，维持蛋白质的糖链参与新生肽链的折叠，维持蛋白质的正确构象；正确构象；寡聚蛋白质中的糖链能影响亚基的缔合。寡聚蛋白质中的糖链能影响亚基的缔合。v糖链影响糖蛋白的分泌和稳定性糖链影响糖蛋白的分泌和稳定性v糖链参与分子识别糖链参与分子识别1.4蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构v概念概念：一类特殊的糖蛋白，由一条或多条一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺糖胺聚糖聚糖和一个和一个核心蛋白核心蛋白共价连接而成。共价连接而成。v蛋白聚糖糖链的种类蛋白聚糖糖链的种类：透明质酸、：透明质酸、4-4-硫酸软骨硫酸软骨素、素、6-6-硫酸软

13、骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸类肝素、肝素等。硫酸类肝素、肝素等。v蛋白聚糖糖链的结构特点蛋白聚糖糖链的结构特点：分子巨大，分子不：分子巨大，分子不分支，分子结构中有重复的二糖单位：分支，分子结构中有重复的二糖单位： 己糖己糖醛酸醛酸-己糖胺己糖胺n，n=30250。糖含量糖含量一般多于蛋白一般多于蛋白一般少于蛋白一般少于蛋白糖组成糖组成糖醛酸和乙酰氨基糖醛酸和乙酰氨基己糖己糖无糖醛酸，常含无糖醛酸，常含Man, Gal, GlcNAc, GalNAc, SA, Fuc糖苷键糖苷键O-型糖苷键型糖苷键O或或N-型糖苷键型糖苷键糖基排列糖基排列二糖单位连成

14、直链二糖单位连成直链多为分支，重复结构少多为分支，重复结构少分布分布细胞外，结缔组织细胞外，结缔组织分布广泛，细胞内外都有分布广泛，细胞内外都有生理功能生理功能维持结缔组织功能维持结缔组织功能功能广泛功能广泛糖蛋白和蛋白聚糖的主要区别糖蛋白和蛋白聚糖的主要区别v软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮软骨的主要成分，广泛存在于结缔组织、筋腱、皮肤等。分子量一般低于肤等。分子量一般低于10万（约万（约250个重复二糖），个重复二糖），个别可超过个别可超过30万万.v有有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和和6-硫酸软骨素硫酸软骨素（硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为

15、两种，二糖单位为D-GlcUA与与GalNAc以以 -1, 3相连，二糖单位以相连，二糖单位以 -1, 4连接。糖连接。糖链生成后由专一性酶在链生成后由专一性酶在4位位或或6位位进行进行硫酸化硫酸化。 4GlcUA 1 3 GalNAc 1 v分布分布：二者分布于人与动物体内，几乎分布于二者分布于人与动物体内，几乎分布于各种器官、组织、细胞及体液中各种器官、组织、细胞及体液中；v功能功能：酶催化、激素控制、免疫防护与调节、酶催化、激素控制、免疫防护与调节、离子传递、血液凝固、表面保护、结构支持、离子传递、血液凝固、表面保护、结构支持、细胞粘附、细胞间反应及润滑作用等。细胞粘附、细胞间反应及润滑

16、作用等。v此外，免疫球蛋白、植物体内的糖蛋白如辣根此外，免疫球蛋白、植物体内的糖蛋白如辣根过氧化物酶，在细胞免疫和体液免疫的应用研过氧化物酶，在细胞免疫和体液免疫的应用研究中起较大作用。究中起较大作用。v也称植物血凝素也称植物血凝素, 它是植物中与寡糖特异性非共它是植物中与寡糖特异性非共价结合的非抗体的蛋白质或糖蛋白价结合的非抗体的蛋白质或糖蛋白, 可结合于糖可结合于糖链的不同部位，包括许多细胞的表面糖蛋白。链的不同部位，包括许多细胞的表面糖蛋白。v常见的凝集素有常见的凝集素有：刀豆素：刀豆素A，植物血凝素，大豆，植物血凝素，大豆凝集素，小扁豆凝集素，蓖麻籽凝集素，马铃薯凝集素，小扁豆凝集素，

17、蓖麻籽凝集素，马铃薯外源凝集素，麦芽凝集素，美洲商陆有丝分裂原。外源凝集素，麦芽凝集素，美洲商陆有丝分裂原。某些外源凝集素能凝集细胞。在凝集红细胞时，某些外源凝集素能凝集细胞。在凝集红细胞时，表现出血型的特异性。表现出血型的特异性。v免疫球蛋白免疫球蛋白：在免疫球蛋白中常见的糖有在免疫球蛋白中常见的糖有11种：种：Gal, Glc, Man, Xyl, Ara, Fuc, GalNAc, GlcNAc, GlcUA, IduA, SA等。免疫球蛋白中，除等。免疫球蛋白中，除IgA糖糖肽键为肽键为O-型糖苷键外，其余均为型糖苷键外，其余均为N-型糖苷键。型糖苷键。免疫球蛋白中的糖链功能还不清楚，

18、可能与蛋免疫球蛋白中的糖链功能还不清楚，可能与蛋白稳定，分子识别相关白稳定，分子识别相关。v载体和运输糖蛋白载体和运输糖蛋白：铁传递蛋白、铜蓝蛋白、铁传递蛋白、铜蓝蛋白、触珠蛋白、运输皮质激素蛋白、甲状腺素结合触珠蛋白、运输皮质激素蛋白、甲状腺素结合球蛋白、运输组织胺蛋白等。球蛋白、运输组织胺蛋白等。v血液凝固因子糖蛋白血液凝固因子糖蛋白：纤维蛋白原、凝血酶原、：纤维蛋白原、凝血酶原、VII、IX、X因子等都是糖蛋白。有些糖残基影因子等都是糖蛋白。有些糖残基影响蛋白的作用，如纤维蛋白原中糖基响蛋白的作用，如纤维蛋白原中糖基SA去除，去除，则形成的凝块不够稳定。则形成的凝块不够稳定。v糖蛋白激素

19、糖蛋白激素：促性腺激素、促甲状腺激素、促红：促性腺激素、促甲状腺激素、促红细胞生成素都为糖蛋白。细胞生成素都为糖蛋白。v黏液糖蛋白黏液糖蛋白：具有润滑、保护、对有关物质吸收：具有润滑、保护、对有关物质吸收等。如消化道糖蛋白、呼吸道糖蛋白、泌尿系统等。如消化道糖蛋白、呼吸道糖蛋白、泌尿系统糖蛋白、卵子表面糖蛋白等。糖蛋白、卵子表面糖蛋白等。v细胞膜糖蛋白细胞膜糖蛋白：细胞膜表面有：细胞膜表面有N-型、型、O-型糖蛋白，型糖蛋白，还有蛋白多糖。其功能有：维持细胞的寿命，如还有蛋白多糖。其功能有：维持细胞的寿命，如细胞膜表面唾液酸去除的红细胞易为脾脏清除；细胞膜表面唾液酸去除的红细胞易为脾脏清除；血

20、型区分；膜表面的糖蛋白会影响胞内微管和微血型区分；膜表面的糖蛋白会影响胞内微管和微丝的运动，从而影响细胞代谢与活动；丝的运动，从而影响细胞代谢与活动；B淋巴细胞淋巴细胞表面有免疫球蛋白受体等；表面有免疫球蛋白受体等；v用于分子生物学工具用于分子生物学工具：HRP、碱性磷酸酶（、碱性磷酸酶（AP）、）、葡萄糖氧化酶（葡萄糖氧化酶（GO）等。）等。v蛋白聚糖的作用蛋白聚糖的作用：润滑、支持、保护等作用。：润滑、支持、保护等作用。：v膜蛋白与膜脂的相互作用膜蛋白与膜脂的相互作用v研究膜蛋白研究膜蛋白-膜脂相互作用的模型膜脂相互作用的模型v脂蛋白的结构与功能脂蛋白的结构与功能v动脉硬化与脂蛋白的关系动

21、脉硬化与脂蛋白的关系膜膜蛋白与膜脂的相互作用蛋白与膜脂的相互作用 膜的结构和功能膜的结构和功能v影响水相中膜结构稳定的作用力可能来自影响水相中膜结构稳定的作用力可能来自与膜平面垂直的作用力与膜平面垂直的作用力: 疏水疏水/亲水亲水与膜平面平行的作用力与膜平面平行的作用力: 疏水疏水/静电力静电力v膜组分之间的相互作用膜组分之间的相互作用疏水相互作用疏水相互作用范德华力范德华力静电引力静电引力膜膜脂与膜脂的相互作用脂与膜脂的相互作用膜膜蛋白与膜脂的相互作用蛋白与膜脂的相互作用v 膜膜蛋白与膜脂的相互作用蛋白与膜脂的相互作用膜膜蛋白结合对膜脂的作用蛋白结合对膜脂的作用膜膜蛋白结合对膜脂的作用蛋白结

22、合对膜脂的作用膜膜蛋白结合对膜脂的作用蛋白结合对膜脂的作用研究研究膜膜蛋白蛋白-膜脂相互作用的模型膜脂相互作用的模型研究研究膜膜蛋白蛋白-膜脂相互作用的模型膜脂相互作用的模型v对于对于可溶性蛋白可溶性蛋白如如RNase、聚、聚-L-Lys等，因结构致密等，因结构致密牢固，依其异性电荷结合到膜脂质体上。离子强度牢固，依其异性电荷结合到膜脂质体上。离子强度重建消除，对脂双层相变温度影响小。重建消除，对脂双层相变温度影响小。v某些可溶性蛋白某些可溶性蛋白如白蛋白及如白蛋白及周围蛋白周围蛋白如收缩蛋白、如收缩蛋白、cyt.c等，初始依电荷结合等，初始依电荷结合蛋白变性，肽链伸展蛋白变性，肽链伸展v脂蛋

23、白主要分为脂蛋白主要分为膜脂蛋白膜脂蛋白(生物膜结构与功能的参生物膜结构与功能的参与者与者) )和和运输脂蛋白运输脂蛋白(其中血浆脂蛋白研究最活跃其中血浆脂蛋白研究最活跃, 脂质运输的载体脂质运输的载体) 。v血浆脂蛋白中的蛋白质部分称为血浆脂蛋白中的蛋白质部分称为载脂蛋白载脂蛋白(Apolipo-proteins, Apo)。v血浆脂蛋白中血浆脂蛋白中Apo含量、脂质种类和含量与功能相含量、脂质种类和含量与功能相关。关。2.3.1 血浆脂蛋白的分类血浆脂蛋白的分类血浆脂蛋白的分类、组分和主要功能血浆脂蛋白的分类、组分和主要功能血浆脂蛋白的化学性质血浆脂蛋白的化学性质人血清脂蛋白中的载脂蛋白人

24、血清脂蛋白中的载脂蛋白载脂蛋白载脂蛋白MW（kD）主要脂蛋白族主要脂蛋白族C-端端N-端端 备备 注注ApoAI28.3HDLGlnAsp, Tyr 纯蛋白质纯蛋白质, 无糖无糖ApoAII17.4HDLGlnPCA 不含不含His/Arg/TrpApoAIII20HDLSerApoB273LDLGlu 理化特性了解不多理化特性了解不多ApoCI7VLDL, ChylSerThrApoCII9.5VLDL, ChylGluThrApoCIII8.7VLDL, ChylAlaSerApoD20HDLSer 类似类似ApoAIIIApoE39VLDLAlaLysApoF27HDLApoD27HDL

25、SerLeuGRP0.49HDLGlyApoLP250-300HDL2.3.3 血浆脂蛋白的结构血浆脂蛋白的结构2.3.3 血浆脂蛋白的结构血浆脂蛋白的结构vHDL结构模型结构模型（Jackson） 载脂蛋白的载脂蛋白的 -螺旋区平行于螺旋区平行于脂蛋白颗粒的表脂蛋白颗粒的表面，非极性氨基酸残基伸展到颗粒的非极性核心面，非极性氨基酸残基伸展到颗粒的非极性核心区域，磷脂的脂肪链则垂直于脂蛋白颗粒表面载区域，磷脂的脂肪链则垂直于脂蛋白颗粒表面载脂蛋白的脂蛋白的 -螺旋。螺旋。 -螺旋的疏水面与磷脂脂肪链螺旋的疏水面与磷脂脂肪链C2C4部分相互作用。部分相互作用。 胆固醇胆固醇(酯酯)埋在埋在HDL颗粒的亲脂核心内颗粒的亲脂核心内(含有含有磷脂脂肪链和磷脂脂肪链和载脂蛋白的非螺旋亲脂部分载脂蛋白的非螺旋亲脂部分)，游离，游离的胆固醇可能与颗粒表面的磷脂的胆固醇可能与颗粒表面的磷脂(极性头极性头)和载脂和载脂蛋白结合。蛋白结合。2.3.3 血浆脂蛋白的结构血浆脂蛋白的结构载脂蛋白载脂蛋白磷脂磷脂胆固醇胆固醇（酯）（酯）9.5-11nmHDL结构模型结构模型血血 浆浆 脂脂 蛋蛋 白白 的的 结结 构构血浆脂蛋白的功能和代谢血浆脂蛋白的功能和代谢脂蛋白脂蛋