糖与复合糖实用教案

1、第一节第一节 单糖单糖(dn tn)(dn tn)、二糖与、二糖与多糖多糖 Monosaccharides, Monosaccharides, Disaccharides and Disaccharides and PolysaccharidesPolysaccharides第1页/共39页第一页，共39页。糖即碳水化合物，其化学糖即碳水化合物，其化学(huxu)本质为多羟醛本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。或多羟酮类及其衍生物或多聚物。根据其水解产物，糖主要根据其水解产物，糖主要(zhyo)(zhyo)可分为三大类可分为三大类: :单单 糖糖 (monosacchride)寡寡 糖糖

2、 (oligosacchride)多多 糖糖 (polysacchride)第2页/共39页第二页，共39页。一、单糖(dn tn)是体内多种代谢途径的参与者（一）体内（一）体内(t ni)单糖可来自于外源摄入和糖复合单糖可来自于外源摄入和糖复合物分解物分解（二）单糖衍生物是体内（二）单糖衍生物是体内(t ni)多种代谢途径的中多种代谢途径的中间物或产物间物或产物（三）核苷酸单糖是复合糖合成的原料（三）核苷酸单糖是复合糖合成的原料单糖单糖(dn tn)是不能被分解成更小分子的糖，是不能被分解成更小分子的糖，如葡萄糖如葡萄糖(glucose) 、果糖、果糖(fructose)和核和核糖糖(rib

3、ose)等等 第3页/共39页第三页，共39页。常见(chn jin)醛糖3C：甘油醛4C：赤藓糖、苏糖5C：核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖6C：阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖 、甘露(gnl)糖、左洛糖、艾杜糖、塔罗糖、半乳糖第4页/共39页第四页，共39页。二、二糖是体内(t ni)最常见的寡糖由由210个单糖以葡糖苷键连接个单糖以葡糖苷键连接(linji)而成的糖称为寡糖而成的糖称为寡糖 常见常见(chn jin)的二糖有：的二糖有：麦芽糖麦芽糖 (maltose)： 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖蔗蔗 糖糖 (sucrose)： 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖乳乳 糖糖 (lactose)： 葡萄糖葡萄糖

4、半乳糖半乳糖第5页/共39页第五页，共39页。三、多糖是自然界糖类(tn li)物质的主要存在形式由由10个以上单糖个以上单糖(dn tn)通过糖苷键连接而成通过糖苷键连接而成的线性或分支聚合物称为多糖的线性或分支聚合物称为多糖常见常见(chn jin)的多糖有：的多糖有：淀粉淀粉 (starch)糖原糖原 (glycogen)纤维素纤维素 (cellulose)第6页/共39页第六页，共39页。淀粉淀粉(dinfn)颗颗粒粒（一）淀粉(dinfn)是植物细胞多糖的储存形式 -1,4糖苷键糖苷键 -1,6糖苷键糖苷键目 录第7页/共39页第七页，共39页。（二）糖原是动物细胞多糖（二）糖原是动

5、物细胞多糖(du tn)的储存形式的储存形式（二 ）糖原是动物细胞多糖(du tn)的储存形式* *与支链淀粉相比，糖原(tn yun)(tn yun)的分支程度更高 -1,4糖苷键糖苷键 -1,6糖苷键糖苷键目 录第8页/共39页第八页，共39页。第第 二二 节节复合复合(fh)(fh)糖糖 Complex carbohydratesComplex carbohydrates第9页/共39页第九页，共39页。 复合糖主要包括糖蛋白复合糖主要包括糖蛋白(glycoprotein)、蛋白聚糖、蛋白聚糖(proteoglycan)和糖脂和糖脂(glycolipid)。 糖蛋白和蛋白聚糖都由共价连接

6、的蛋白质和聚糖两部分组成。糖蛋白和蛋白聚糖都由共价连接的蛋白质和聚糖两部分组成。 糖脂由聚糖与脂类物质组成。糖脂由聚糖与脂类物质组成。 糖蛋白分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；而蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半糖蛋白分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；而蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半(ybn)以上。以上。概 述第10页/共39页第十页，共39页。蛋白质含量蛋白质含量(hnling)较多；含糖量变动大；较多；含糖量变动大；聚糖结构差异显著。聚糖结构差异显著。一、各种糖蛋白的含糖量和聚糖结构(jigu)差异显著组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类葡萄糖葡萄糖(Glc)半乳糖半乳

7、糖(Gal)甘露糖甘露糖(Man)N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺(GlcNAc)岩藻糖岩藻糖(Fuc)N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸(NeuAc)第11页/共39页第十一页，共39页。连接连接(linji)方方式式目 录N-连接连接：O-连接连接：糖蛋白糖链的N-连接(linji)型与O-连接(linji)型ON第12页/共39页第十二页，共39页。n 糖蛋白糖链的N-连接(linji)型和O-连接(linji)型 连接连接(linji)方式方式N-连接连接：O-连接连接：第13页/共39页第十三页，共39页。 不同种属、组织的同一种糖蛋白的N-连接聚糖的含

8、量和结构(jigu)可以不同。 同一组织中的某种糖蛋白，不同分子的同一糖基化位点的N-连接聚糖结构(jigu)也可以不同。 这种糖蛋白聚糖结构(jigu)的不均一性称为糖形（glycoform）。 第14页/共39页第十四页，共39页。（一）（一）N-连接连接(linji)糖蛋白的糖基化序列糖蛋白的糖基化序列段为段为Asn-X-Ser/Thr 定义：定义：聚糖中的聚糖中的N-N-乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮以共价键连接基的酰胺氮以共价键连接(linji)(linji)，形成，形成N-N-连接连接(linji)(linji)糖蛋白。糖蛋白。 糖基化位点：

9、糖基化位点：N-N-连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr三个氨基酸残基组三个氨基酸残基组成的序列成的序列(xli)(xli)段称为糖基化位点。段称为糖基化位点。第15页/共39页第十五页，共39页。（二）（二）N-连接连接(linji)聚糖结构有高甘露糖聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型型、复杂型和杂合型高甘露高甘露(gnl)糖型糖型复杂性复杂性杂合杂合(z h)型型都有一个都有一个ManManManGlcNAcGlcNAcAsn第16页/共39页第十六页，共39页。第17页/共39页第十七页，共39页。（三）（三） N-连接连接(linji)型聚糖合

10、成是以长萜醇型聚糖合成是以长萜醇作为聚糖载体作为聚糖载体N-连接聚糖是在内质网上以长萜醇作为连接聚糖是在内质网上以长萜醇作为(zuwi)聚聚糖载体，先合成含糖载体，先合成含14个糖基的聚糖链，然后转移至肽链个糖基的聚糖链，然后转移至肽链的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工的糖基化位点上，进一步在内质网和高尔基体进行加工而成。而成。每一步加工都由特异的糖基转移酶催化完成，糖每一步加工都由特异的糖基转移酶催化完成，糖基必须活化为基必须活化为UDP或或UDP的衍生物。的衍生物。第18页/共39页第十八页，共39页。长萜醇-P-P聚糖的合成(hchng)第19页/共39页第十九页，共39页

11、。长萜醇-P-P聚糖的合成(hchng)及3型N-糖链加工过程 目 录第20页/共39页第二十页，共39页。（四）（四）O-O-连接聚糖合成连接聚糖合成(hchng)(hchng)不需聚不需聚糖载体糖载体定义：定义：聚糖中的聚糖中的N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝乙酰半乳糖胺与多肽链的丝/苏氨苏氨酸残基的羟基酸残基的羟基(qingj)以共价键相连而形成以共价键相连而形成O-连接糖蛋白。连接糖蛋白。 O-连接聚糖结构：连接聚糖结构：O-连接聚糖有连接聚糖有N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成乙酰半乳糖胺与半乳糖构成(guchng)核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再接上

12、岩藻糖、再接上岩藻糖、N-乙酰葡萄糖胺等单糖。乙酰葡萄糖胺等单糖。第21页/共39页第二十一页，共39页。 O- O-连接连接(linji)(linji)聚糖合成：聚糖合成：O-连接聚糖常由连接聚糖常由N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、接上岩藻糖、N-乙酰葡糖胺等单糖。与乙酰葡糖胺等单糖。与N-连接聚连接聚糖合成不同，糖合成不同，O-连接聚糖合成是在多肽链合成后连接聚糖合成是在多肽链合成后进行的，而且不需聚糖载体。在进行的，而且不需聚糖载体。在GalNAc转移酶作转移酶作用下，将用下，

13、将UDP-GalNAc中的中的GalNAc基转移至多肽基转移至多肽链的丝氨酸链的丝氨酸(或苏氨酸或苏氨酸)的羟基上，形成的羟基上，形成O-连接，连接，然后逐个加上糖基，每一种糖基都有其相应的专然后逐个加上糖基，每一种糖基都有其相应的专一性转移酶。一性转移酶。整个过程在内质网开始，到高尔基体内整个过程在内质网开始，到高尔基体内(t ni)完成。完成。 第22页/共39页第二十二页，共39页。（五）蛋白质（五）蛋白质-N-乙酰氨基乙酰氨基(nj)葡糖基化是葡糖基化是可逆的单糖基修饰可逆的单糖基修饰蛋白质蛋白质-N-乙酰氨基葡糖（乙酰氨基葡糖（-N-acetylglucosamine，O-GlcNA

14、c）糖基化修饰是在）糖基化修饰是在O-GlcNAc糖基转移酶（糖基转移酶（O-GlcNAc transferase, OGT）作用下，将）作用下，将-N-乙酰氨基葡糖以共价键方式结乙酰氨基葡糖以共价键方式结合于蛋白质的合于蛋白质的Ser/Thr残基上。残基上。主要存在主要存在(cnzi)于细胞质或胞核中。于细胞质或胞核中。主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。第23页/共39页第二十三页，共39页。定义：定义：由一种或多种糖胺聚糖由一种或多种糖胺聚糖(glycosaminoglycan)(glycosaminoglycan)共价连接于核心蛋白所组成的一类共价连接于核心蛋白所组

15、成的一类(y li)(y li)非常复杂的复合糖非常复杂的复合糖 。二、蛋白聚糖由糖胺聚糖共价连接于核心(hxn)蛋白所组成核心蛋白核心蛋白葡萄糖胺葡萄糖胺组成组成糖胺聚糖糖胺聚糖糖胺糖胺糖醛酸糖醛酸半乳糖胺半乳糖胺葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸第24页/共39页第二十四页，共39页。硫酸软骨素硫酸软骨素(chordroitin sulfate) 硫酸皮肤素硫酸皮肤素(dermatan sulfate) 硫酸角质硫酸角质(jiozh)素素(keratan sulfate) 透明质酸透明质酸(hyaluronic acid) 肝素肝素(heparin) 硫酸类肝素硫酸类肝素(hepar

16、an sulfate) 体内体内(t ni)(t ni)重要的糖胺聚糖（重要的糖胺聚糖（6 6种）：种）：（一）糖胺聚糖是含己糖醛酸和己糖胺组成(z chn)的重复二糖单位第25页/共39页第二十五页，共39页。目 录重要重要(zhngyo)的糖胺聚糖的糖胺聚糖第26页/共39页第二十六页，共39页。（二）核心蛋白（二）核心蛋白(dnbi)含有与糖胺聚糖结合含有与糖胺聚糖结合的结构域的结构域 定义：定义： 与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心(hxn)(hxn)蛋蛋白。白。* * 核心蛋白核心蛋白(dnbi)(dnbi)均含有相应的糖胺聚糖取代结构均含有相应

17、的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白域，一些蛋白(dnbi)(dnbi)聚糖通过这一结构锚定在细聚糖通过这一结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。胞表面或细胞外基质的大分子中。第27页/共39页第二十七页，共39页。透明质酸透明质酸连接蛋白连接蛋白核心蛋白核心蛋白硫酸角质素硫酸角质素硫酸软骨素硫酸软骨素糖蛋白亚基糖蛋白亚基骨骺软骨蛋白聚糖聚合物骨骺软骨蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合体蛋白聚糖聚合体(aggrecan) 第28页/共39页第二十八页，共39页。（三）蛋白聚糖生物合成(hchng)时在多肽链上逐一加上糖基 在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔基在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔

18、基体内进行体内进行(jnxng)(jnxng)聚糖延长和加工。聚糖延长和加工。聚糖链的形成是在多肽链上以单糖的聚糖链的形成是在多肽链上以单糖的UDP衍衍生物作为供体逐个加上单糖，每一单糖都有生物作为供体逐个加上单糖，每一单糖都有其特异性糖基转移酶；硫酸其特异性糖基转移酶；硫酸(li sun)由由PAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于Gln。第29页/共39页第二十九页，共39页。糖脂（糖脂（glycolipid）是糖通过是糖通过(tnggu)半缩醛羟基以糖苷键与脂质半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。连接的化合物。 鞘糖脂（鞘糖脂（sphingolipid）甘油甘油(n yu)糖脂

19、糖脂类固醇衍生糖脂类固醇衍生糖脂 根据脂质部分根据脂质部分(b fen)不同，糖脂可分为：不同，糖脂可分为：三、糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂组成细胞膜脂的主要成分细胞膜脂的主要成分第30页/共39页第三十页，共39页。（一）鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷(tnggn)化合物 鞘糖脂是以神经酰胺为母体鞘糖脂是以神经酰胺为母体(mt)的化合物。的化合物。其分子中的神经酰胺其分子中的神经酰胺1-位羟基被糖基化。位羟基被糖基化。 鞘糖脂分子中的单糖鞘糖脂分子中的单糖(dn tn)主要为：主要为：葡萄糖、半乳糖、葡萄糖、半乳糖、N-乙酰乙酰葡萄糖胺、葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖胺、岩藻糖

20、和唾液酸胺、岩藻糖和唾液酸 第31页/共39页第三十一页，共39页。1. 脑苷脂脑苷脂(cerebroside)是不含唾液酸的中性是不含唾液酸的中性(zhngxng)鞘糖脂鞘糖脂2. 硫苷脂硫苷脂(sulfatide)是指糖基部分被硫酸化是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂的酸性鞘糖脂3. 神经节苷脂神经节苷脂(ganglioside)是含唾液酸的酸是含唾液酸的酸性鞘糖脂性鞘糖脂根据(gnj)分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘糖脂可分为：中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂 第32页/共39页第三十二页，共39页。（二）髓磷脂中含有(hn yu)甘油糖脂 甘油糖脂（甘油糖脂（glyceroglycolipid

21、glyceroglycolipid）也称糖基甘油酯，由）也称糖基甘油酯，由二酰甘油分子二酰甘油分子(fnz)3(fnz)3位上的羟基与糖基连接而成。位上的羟基与糖基连接而成。 单半乳糖基二酰甘油 二半乳糖基二酰甘油 目 录第33页/共39页第三十三页，共39页。第第 三三 节节聚糖的生物聚糖的生物(shngw)(shngw)信信息与功能息与功能 Bioinformation and Bioinformation and function of glycanfunction of glycan第34页/共39页第三十四页，共39页。 聚糖参与聚糖参与(cny)(cny)细胞识别、细胞黏附、细胞分化、免疫识别、细胞识别、细胞黏附、细胞分化、免疫识别、细胞信号转导、微生物致病过程和肿瘤转移过程等。细胞信号转导、微生物致病过程和肿瘤转移过程等。 糖生物学研究表明，特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要糖生物学研究表明，特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信息。信息。 在细胞内，聚糖参与在细胞内，聚糖参与(cny)(cny)并影响糖蛋白从初始合成至最后亚并影响糖蛋白从初始合成至最后亚细胞定位的各个阶段及其功能。细胞定位的各个阶段及其功能。 第35页/共39页第三十五页，共39页。一、聚糖组分是糖蛋白执行(zhxng)功能所必需（一）聚糖的生物（一）聚糖的生物(shngw)(shngw)