蛋白聚糖和细胞外基质培训资料

1、蛋白聚糖和细胞外基质 概念概念糖蛋白糖蛋白蛋白聚糖蛋白聚糖糖脂糖脂细胞外基质：由胶原蛋白、透明质酸、蛋细胞外基质：由胶原蛋白、透明质酸、蛋白聚糖和糖蛋白组成。白聚糖和糖蛋白组成。均由蛋白质和糖共价组成，均由蛋白质和糖共价组成，但结构和功能存在显著差异但结构和功能存在显著差异 第一节第一节 糖蛋白糖蛋白组成糖蛋白分子中糖链的单糖有组成糖蛋白分子中糖链的单糖有7 7种：种： 葡萄糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N-N-乙酰半乙酰半乳糖胺、乳糖胺、 N-N-乙酰葡糖胺、岩藻糖和乙酰葡糖胺、岩藻糖和N-N-乙酰乙酰神经氨酸。神经氨酸。连接方式：连接方式： N- N-连接方式连接方式 N-N

2、-连接聚糖连接聚糖 O- O-连接方式连接方式 O-O-连接聚糖连接聚糖 （一）（一）N-N-连接糖蛋白连接糖蛋白寡糖中的寡糖中的N-N-乙酰葡萄糖胺与多肽链中天冬酰胺残乙酰葡萄糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮连接，形成基的酰胺氮连接，形成N-N-连接糖蛋白连接糖蛋白1.1.糖基化位点糖基化位点 只有特定的氨基酸序列，即只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr Asn-X-Ser/Thr 3 3个氨基酸残基组成的序列子才有可能连接寡糖，个氨基酸残基组成的序列子才有可能连接寡糖，这一序列子称为这一序列子称为糖基化位点糖基化位点。 2.N-连接聚糖结构 高甘露糖型高甘露糖型 复杂型复杂

3、型 杂合型杂合型都有一个五糖核心结构都有一个五糖核心结构Man Man Man GlcNAc GlcNAcAsn 核心结构 高甘露糖型 复杂型 杂合型 N-连接糖链结构3.N连接寡糖的合成 合成场所在粗面内质网和高尔基体中，与蛋白质合成同时进行。 以长萜醇为糖链载体，先将UDPGlcNAc分子中的GlcNAc转移至长萜醇，后再逐个加上糖基，至形成14个糖基的长萜醇焦磷酸寡糖结构，作为一个整体转移至天冬氨酸的酰胺氮上。 寡糖链依次在内质网和高尔基体中进行加工，形成成熟的各种N连接寡糖。 长萜醇长萜醇- -P-PP-P寡糖的合成寡糖的合成 （二）（二）O-O-连接糖蛋白连接糖蛋白 定义定义 糖链的

4、糖链的N-N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸或苏氨酸的羟基连接，形成或苏氨酸的羟基连接，形成O-O-糖苷键，糖链糖苷键，糖链为为O-O-连接糖链，也称连接糖链，也称O-O-连接聚糖连接聚糖。 连接点的结构连接点的结构 GalNAc-O-SerGalNAc-O-SerThrThrIgA分子的分子的O-连接糖链有连接糖链有6种种 O连接聚糖的合成 合成在多肽链合成后进行的，且没有糖链载体。 在GalNAc转移酶作用下，将UDPGalNAc中的GalNAc基转移至多肽链的丝氨酸（或苏氨酸）的羟基上，形成O连接，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。 整个过程

5、在内质网开始，高尔基体内完成。 二、糖蛋白的功能二、糖蛋白的功能（一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和（一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和 生物活性的影响生物活性的影响 1.对糖蛋白新生肽链的影响对糖蛋白新生肽链的影响:参与新生肽链参与新生肽链 的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象; 影响亚基聚合影响亚基聚合;糖蛋白在细胞内的分栋和糖蛋白在细胞内的分栋和 投送。投送。 2.对糖蛋白的生物活性的影响对糖蛋白的生物活性的影响:保护糖蛋白保护糖蛋白 不受蛋白酶的水解不受蛋白酶的水解,延长其半衰期。延长其半衰期。 3.参与分子的识别作用参与分子的识别作用（二）（二）糖

6、蛋白在分子识别和黏附中的作用糖蛋白在分子识别和黏附中的作用 1.1.糖蛋白在细胞糖蛋白在细胞- -细胞分子识别和黏附细胞分子识别和黏附 中的作用中的作用 2.2.糖蛋白在细胞糖蛋白在细胞- -细胞外基质分子识别和细胞外基质分子识别和 黏附中的作用黏附中的作用 第二节第二节 蛋白聚糖蛋白聚糖是一类非常复杂的大分子糖复合物，主要是一类非常复杂的大分子糖复合物，主要由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成糖胺聚糖必含有糖胺，由二糖单位重复连糖胺聚糖必含有糖胺，由二糖单位重复连接而成，不分支接而成，不分支二糖单位中一个是糖胺，另一个是糖醛酸二糖单位中一个是糖胺，另一个是糖醛

7、酸除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有N N连接寡连接寡糖链或糖链或O O连接寡糖链连接寡糖链定义定义一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的化合物。形成的化合物。糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。滑液、粘液、眼玻璃体等组织。概概 述述 蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构组成组成核心蛋白核心蛋白糖胺聚糖糖胺聚糖糖胺糖胺糖醛酸糖醛酸葡萄糖胺葡萄糖胺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一

8、、重要的糖胺聚糖一、重要的糖胺聚糖糖胺聚糖由二糖单位重复连接而成，不分支。糖胺聚糖由二糖单位重复连接而成，不分支。硫酸软骨素类硫酸软骨素类硫酸皮肤素硫酸皮肤素硫酸角质素硫酸角质素透明质酸透明质酸肝素和硫酸类肝素肝素和硫酸类肝素体内重要的糖胺聚糖（体内重要的糖胺聚糖（6 6种）：种）：糖胺聚糖的结构和分布特点糖胺聚糖 二糖单位 硫酸化位置 组织分布 透明质酸 (HA) GlcUA, GlcNAc 无 关节滑液，玻璃体，结缔组织硫酸软骨素(CS) GlcUA, GalNAc C4, C6 骨，软骨，角膜硫酸皮肤素(DS) IdoUA, GalNAc, C2, C4，C6 皮肤，血管硫酸角质素 (K

9、S)I/II Gal, GlcNAc C6 角膜，结缔组织 肝素 (Hp) IdoUA，GlcN C2, C6 , C2-N 肥大细胞硫酸类肝素（HS） GlcUA，GlcN C2, C6 , C2-N 皮肤，成纤维细胞，血管 二、核心蛋白二、核心蛋白定义定义与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质。核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构核心蛋白均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过这一结构锚定在细域，一些蛋白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。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

10、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2. 2. 蛋白聚糖聚合物蛋白聚糖聚合物三、蛋白聚糖的生物合成三、蛋白聚糖的生物合成在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔基体内进行糖链延长或加工。高尔基体内进行糖链延长或加工。多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛多糖链的形成是由单糖逐个加上去的，糖醛酸由酸由UDPGAUDPGA提供；单糖要由提供；单糖要由UDPUDP活化；硫酸由活化；硫酸由PAPSPAPS提供；糖胺氨基来自于提供；糖胺氨基来自于GlnGln。四、蛋白聚糖的功能四、蛋白聚糖的功能1. 1. 构成细胞外基质构成细胞

11、外基质在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以在基质中蛋白聚糖和弹性蛋白、胶原蛋白以特殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞特殊方式连接，构成基质的特殊结构。这与细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。的粘附、迁移、增殖和分化等有关。2. 2. 其它功能其它功能抗凝血（肝素）抗凝血（肝素）参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素）参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素）维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等 蛋白多糖与糖蛋白的区蛋白多糖与糖蛋白的区别别 蛋白多糖蛋白多糖 糖蛋白糖蛋白 糖糖链链含量含量： ： 较较蛋白蛋白质质部分多部分多 一般少于蛋白一般少于蛋白质质，少数可，少

12、数可较较多多 糖糖链组链组成成： ： 主要主要为为糖糖醛醛酸、糖氨酸、糖氨 Glc、 、Gal、 、Man、 、Fuc、 、GalNAc、 、GlcNAc、 、 SA，末端常，末端常为为 SA、 、Fuc， ，糖基排列糖基排列： ： 二糖分子二糖分子连连成成长链长链 大多大多为为分支寡糖分支寡糖链链 与与肽链连肽链连 一般一般为为O-糖苷糖苷键连键连接接 O-糖苷糖苷键键或或N-糖苷糖苷键连键连接接 接方式接方式： ： 有有时时可游离存在可游离存在 分布分布： ： 主要在主要在细细胞外，各种胞外，各种 分布广泛，分布广泛，细细胞内外皆有胞内外皆有 结缔组织结缔组织基基质质中中 生理功能生理功能

13、： ： 以以维维持持结缔组织结缔组织的的 作用广泛，作用广泛，许许多粘蛋白、血多粘蛋白、血 功能功能为为主主 浆浆蛋白、膜蛋白等蛋白、膜蛋白等为为糖蛋白糖蛋白 第三节第三节 细胞外基质（细胞外基质（ECMECM）构成构成 细胞外基质由胶原蛋白、纤连蛋细胞外基质由胶原蛋白、纤连蛋白、层连蛋白等糖蛋白，及蛋白聚糖白、层连蛋白等糖蛋白，及蛋白聚糖和透明质酸等多种组分构成。和透明质酸等多种组分构成。分布分布 各种组织的细胞间隙中。各种组织的细胞间隙中。 一、胶一、胶 原原1. 1. 定义定义由结缔组织细胞由结缔组织细胞成纤维细胞所分泌的结成纤维细胞所分泌的结缔组织胶原蛋白和某些上皮细胞分泌的某些类型缔

14、组织胶原蛋白和某些上皮细胞分泌的某些类型的胶原蛋白。的胶原蛋白。2. 2. 分布分布骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、角膜等。骨、角膜等。3. 3. 功能功能起着支架、维持组织构型、机体运动等多起着支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。项作用。 4. 4. 胶原的结构特点胶原的结构特点胶原蛋白由胶原蛋白由3 3条肽链以条肽链以右手螺旋形成棒状结构。右手螺旋形成棒状结构。富含甘氨酸（占富含甘氨酸（占1/31/3）和脯氨酸（占）和脯氨酸（占1/41/4），），特含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨特含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少

15、酪氨酸。酸，甚少酪氨酸。 二、纤连蛋白（二、纤连蛋白（Fn )定义定义 是一种多功能糖蛋白。由两个相似的是一种多功能糖蛋白。由两个相似的亚基组成的二聚体。亚基组成的二聚体。 分布 细胞外基质、基底膜和各种体液。细胞外基质、基底膜和各种体液。 功能功能 参与许多生理活动，例如：细胞的形参与许多生理活动，例如：细胞的形态、增殖、分化及个体发育、生殖、信息态、增殖、分化及个体发育、生殖、信息传递、凝血、组织修复等。传递、凝血、组织修复等。 结构 由两个相似的亚基组成二聚体，以羧基由两个相似的亚基组成二聚体，以羧基末端的两个二硫键连成末端的两个二硫键连成“V”V”形结构，有形结构，有7 7个球个球状的

16、结构域。状的结构域。纤连蛋白的结构域示意图纤连蛋白的结构域示意图 4. 4. 结构结构由分子量为由分子量为2525万的单体组成的二聚体。它万的单体组成的二聚体。它的一级结构由的一级结构由3 3种不同类型的内在序列同源结种不同类型的内在序列同源结构重复出现而构成。构重复出现而构成。纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 三、层粘连蛋白（三、层粘连蛋白（Ln） 定义定义 由三条多肽链组成的多结构域构成的由三条多肽链组成的多结构域构成的 糖蛋白。糖蛋白。 分布分布 主要存在于基底膜中。主要存在于基底膜中。 功能功能 主要介导上皮细胞及内皮细胞糖粘主要介导上皮细胞及内皮细胞糖粘 附，而影响细胞的生长

17、、分化和运动。附，而影响细胞的生长、分化和运动。 Ln可能与某些疾病（可能与某些疾病（糖尿病、类风糖尿病、类风 湿性关节炎等）和肿瘤细胞的浸润、转湿性关节炎等）和肿瘤细胞的浸润、转 移有重要关系。移有重要关系。 结构结构 由由3 3个不同的亚基（个不同的亚基（,）通过二硫）通过二硫 键连接形成长约键连接形成长约70nm70nm的十字型结构。的十字型结构。 基底膜（细胞外基质） 的组成及成分注：注： Perlecan (Perlecan (串珠素串珠素) )是细胞外基质中主要的蛋白聚糖之一是细胞外基质中主要的蛋白聚糖之一, ,由核心蛋白和硫酸肝素由核心蛋白和硫酸肝素侧链组成侧链组成, ,可以通过调节生长因子的结合和活性影响血管壁可以通过调节生长因子的结合和活性