糖蛋白和脂蛋白

蛋白质与糖类和脂类的相互作用一、蛋白质与糖类的相互作用主要内容：糖蛋白的研究概况糖蛋白的种类和分布糖蛋白的结构蛋白聚糖的结构糖蛋白和蛋白聚糖的生物功能1.1

糖蛋白的研究概况1890年,Hofmeister等首先将糖蛋白-卵白蛋白结晶；1895年,Hammersten等在教科书中提出糖蛋白的概念;20世纪30~40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；20世纪50年代初Leloir等人阐明了糖蛋白中糖基的生物合成；20世纪60年代认识了糖蛋白中两种糖苷键的类型；20世纪70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。用于糖蛋白研究的技术A.气-质联用：糖基中单糖组成、顺序；B.凝集素亲和柱：分离出糖蛋白上糖链的某些特性天线,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：检测极微量物质；D.HPLC：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；F.单克隆抗体：糖链结构的测定1.2

糖蛋白的种类与分布概念：糖蛋白是一类由糖类与多肽或蛋白质以共价键连接而成的结合蛋白。总体分类：糖蛋白和蛋白聚糖根据糖蛋白的分布和功能相结合的分类：粘液糖蛋白(mucous

glycoproteins

）糖蛋白血清糖蛋白(serumglycoproteins

）结构糖蛋白(structural

glycoproteins）膜糖蛋白(membraneglycoprotein）分类举例血液糖蛋白胎球蛋白、血纤维蛋白、免疫球蛋白、血型蛋白等尿糖蛋白尿液糖蛋白激素糖蛋白绒毛膜促性腺激素、促卵泡激素释放因子、促甲状腺激素酶糖蛋白核糖核酸酶、胃蛋白酶、血清胆碱酯酶卵白糖蛋白卵白蛋白、抗生物素蛋白、卵类粘蛋白结缔组织糖蛋白胶原蛋白细胞膜糖蛋白血型糖蛋白胞外膜糖蛋白膜基质糖蛋白、水晶体膜糖蛋白黏液糖蛋白颌下腺糖蛋白、胃液糖蛋白凝集素干扰素补体常见糖蛋白的分类

(南京大学郑集教授)人、动物器官或组织糖蛋白类型母鸡卵白卵白蛋白母鸡、母鸭、母鹅卵白卵类粘蛋白人、牛、羊、山羊乳腺κ-酪蛋白人肝脏胎球蛋白人、马、猪、兔、鼠、豚鼠肝脏α1-酸性糖蛋白人、马、狗、兔、鼠、牛血浆细胞免疫球蛋白人肝脏、血清铁传递蛋白、铜蓝蛋白、触珠蛋白羊、狗、牛、猪、猫颌下腺OSM、BSM人管状细胞膜外糖蛋白层Tamm和Horsfall糖蛋白人、猪唾液、血浆、泪、胆汁血型特异性糖蛋白人甲状腺甲状腺球蛋白人、猪、鸡、鱼间质外胚层胶原蛋白人呼吸道的杯状细胞呼吸粘蛋白人垂体、胎盘促性腺激素人肝脏胆碱酯酶人、牛胰腺核糖核酸酶人和动物的分泌液、体液的糖蛋白1.3

糖蛋白的结构（一）常见糖苷键类型

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10种，糖链中糖基数量可由1~30。糖残基间的连接键称为糖苷键，已发现的有N-型糖苷键、O-型糖苷键、S-型糖苷键、C-型糖苷键等。最常见的是前两种。-Glcβ-Glc糖蛋白中常见单糖及其衍生物的结构OCH2OHOHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOHOCH2OHOHOHOHOHOOHOHOHOHOCH2OHOHOHNHOHCOCH3OCH2OHOHOHNHOHCOCH3OCH3OHOHOHOHOOHOHOHOHCOOHOOHOHOHOHCOOHNHOCOOHCOOHCH3C-OHC-OHCH2OH

GlcGalManXyl

GlcNAc

GalNAcSA

GlcUA

IduA

Fuc

1.3.1N-型糖苷键N-糖苷键：由GlcNAc

的-

异头C与Asn

的-酰胺N原子共价连接形成的。N-糖苷键在血浆糖蛋白中常见，故N-糖链又名血浆蛋白型糖链。所有的N-糖链都含有一个共同的结构花式：核心五糖（三甘露糖基核心）。1.3.1N-型糖苷键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：核心区糖链上仅连接ManB.复合型：核心区糖链上除Man外，还连有GlcNAc,Gal,SA,Fuc等肽链特点：

N-型糖苷键连接的糖链常在的Asn-X-Ser顺序的片段中出现。其中

X：极性，复合糖链；非极性，单纯型糖链1.3.2O-型糖苷键

此种连接有以下类型：GalNAc-Ser(Thr)：除GalNAc外，Gal,GlcNAc,SA,Fuc等也可以与Ser/Thr连接.多见于红细胞膜、IgA1和黏液蛋白中；Gal-Gal-Xyl-Ser:还可以连接糖醛酸等糖基；Glc-Gal-HOLys:主要存在于胶原中。Ara-HOPro:主要存在于植物和海藻类的糖蛋白中。（二）糖链种类和数量的差异同一个糖蛋白中可以有多种类型的糖苷键:N-型和/或O-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；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800个以上糖链，如羊颌下腺糖蛋白。常见糖蛋白中所含糖基数和糖基的平均间距

糖蛋白分子中糖链数糖基间距核糖核酸酶B1124脱氧核糖核酸酶1270卵白蛋白1507人免疫球蛋白2776鼠皮肤胶原蛋白4770人血型糖蛋白168牛甲状腺球蛋白19296猪颌下腺糖蛋白4968绵羊颌下腺糖蛋白8006人铁传递蛋白2375人结合珠蛋白13113（三）糖链的生物学功能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，维持蛋白质的正确构象；寡聚蛋白质中的糖链能影响亚基的缔合。糖链影响糖蛋白的分泌和稳定性糖链参与分子识别1.4

蛋白聚糖的结构概念：一类特殊的糖蛋白，由一条或多条糖胺聚糖和一个核心蛋白共价连接而成。蛋白聚糖糖链的种类：透明质酸、4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素、硫酸角质素、硫酸皮肤素、硫酸类肝素、肝素等。蛋白聚糖糖链的结构特点：分子巨大，分子不分支，分子结构中有重复的二糖单位：[己糖醛酸-己糖胺]n，n=30~250。区别蛋白聚糖糖蛋白糖含量一般多于蛋白一般少于蛋白糖组成糖醛酸和乙酰氨基己糖无糖醛酸，常含Man,Gal,GlcNAc,GalNAc,SA,Fuc糖苷键O-型糖苷键O或N-型糖苷键糖基排列二糖单位连成直链多为分支，重复结构少分布细胞外，结缔组织分布广泛，细胞内外都有生理功能维持结缔组织功能功能广泛糖蛋白和蛋白聚糖的主要区别透明质酸

（Hyaluronicacid,HA）高等动物组织中发现(细菌中也有存在)，主要存在于结缔组织如眼球玻璃体、鸡冠、脐带、软骨等组织。主要功能是在组织中吸着水，有润滑剂作用，对组织起保护作用。糖胺聚糖中结构最简单的一种，

D-GlcUA与D-GlcNAc以-1,3相连构成重复的二糖单位，二糖单位以-1,4连接，分子链状、无分支，分子量很大，可达1000万以上，分子中不含硫酸取代基，生理pH下为多聚阴离子。硫酸软骨素

（Chondroitinsulfate,CS）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10万（约250个重复二糖），个别可超过30万.有4-硫酸软骨素（硫酸软骨素A）和6-硫酸软骨素（硫酸软骨素C）两种，二糖单位为D-GlcUA与GalNAc以-1,3相连，二糖单位以-1,4连接。糖链生成后由专一性酶在4位或6位进行硫酸化。

→

4GlcUA1→3GalNAc

1→肝素

（Heparin,Hp）最早由肝脏和心脏中分离到，以肝脏中丰富，广泛存在于哺乳动物组织和体液中，猪肠黏膜是较好的材料来源。结构复杂，常被用作抗凝剂，防止血栓形成，输血时添加肝素作抗凝剂。其二糖单位为GlcUA或L-IdoUA与GlcN以α1,4键相连,二糖单位间也以α1,4键相连.有些部位发生-OSO3-硫酸角质素

（Keratansulfate,KS）重复二糖单位为:

→

3Gal1→4Glc

NAc

1→

(唯一不含糖醛酸).糖胺聚糖的生物学功能

A.具有很强的亲水性，对保持疏松结缔组织中的水分有重要意义。B.糖胺聚糖为多价阴离子，对K+、Na+、Ca2+

、Mg2+

等有较大亲和性，故能调节这些离子在组织中的分布。

C.糖胺聚糖的粘滞性很大，对关节具润滑和保护作用。

D.促进伤口愈合作用。胞外基质蛋白多糖聚合体1.5糖蛋白和蛋白聚糖的生物学功能分布：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；功能：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、细胞粘附、细胞间反应及润滑作用等。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究中起较大作用。外源凝集素也称植物血凝素,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,可结合于糖链的不同部位，包括许多细胞的表面糖蛋白。常见的凝集素有：刀豆素A，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，表现出血型的特异性。免疫球蛋白：在免疫球蛋白中常见的糖有11种：Gal,Glc,Man,Xyl,Ara,Fuc,GalNAc,GlcNAc,GlcUA,IduA,SA等。免疫球蛋白中，除IgA糖肽键为O-型糖苷键外，其余均为N-型糖苷键。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。载体和运输糖蛋白：铁传递蛋白、铜蓝蛋白、触珠蛋白、运输皮质激素蛋白、甲状腺素结合球蛋白、运输组织胺蛋白等。血液凝固因子糖蛋白：纤维蛋白原、凝血酶原、VII、IX、X因子等都是糖蛋白。有些糖残基影响蛋白的作用，如纤维蛋白原中糖基SA去除，则形成的凝块不够稳定。糖蛋白激素：促性腺激素、促甲状腺激素、促红细胞生成素都为糖蛋白。黏液糖蛋白：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、泌尿系统糖蛋白、卵子表面糖蛋白等。细胞膜糖蛋白：细胞膜表面有N-型、O-型糖蛋白，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；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；B淋巴细胞表面有免疫球蛋白受体等；用于分子生物学工具：HRP、碱性磷酸酶（AP）、葡萄糖氧化酶（GO）等。蛋白聚糖的作用：润滑、支持、保护等作用。二、蛋白质与脂类的相互作用主要内容：膜蛋白与膜脂的相互作用研究膜蛋白-膜脂相互作用的模型脂蛋白的结构与功能动脉硬化与脂蛋白的关系2.1膜蛋白与膜脂的相互作用膜的结构和功能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:疏水/亲水与膜平面平行的作用力:疏水/静电力膜组分之间的相互作用疏水相互作用范德华力静电引力2.1.1膜脂与膜脂的相互作用疏水相互作用是相成脂双层的主要推动力2.1.2膜蛋白与膜脂的相互作用

外周蛋白可与膜脂的极性头部或/和内嵌蛋白极性部分特殊位点结合。结合力为静电引力、氢键和范德华力。

内嵌蛋白主要通过疏水相互作用与膜脂相结合,但结合方式各异.疏水相互作用蛋白质分子中氨基酸残基的非极性侧链与脂双层的疏水的烃尾都与水分子疏远。如短杆菌肽A疏水/亲水相互作用某些跨膜的内嵌蛋白分子如血型糖蛋白A就表现出疏水/亲水特性，它与细胞识别有关。界面脂即生物膜中内嵌蛋白分子周围的一层或几层紧密结合的膜脂分子,其流动性大大低于不与内嵌蛋白直接结合的流动脂区。界面脂是内嵌蛋白维持活性的必要条件。2.1.2膜蛋白与膜脂的相互作用界面脂对磷脂的数量和专一性有要求。界面脂分子在双分子层两侧面的分布是对称的。2.1.3膜蛋白结合对膜脂的作用柱状蛋白质分子只对邻近的膜脂发生影响,使蛋白疏水核附近脂链排列发生改变当蛋白质的疏水核为楔形,或只有部分渗入脂双层中时,蛋白质分子使脂分子发生楔形变化2.1.3膜蛋白结合对膜脂的作用当蛋白质的疏水核为楔形且只有部分渗入脂双层中时,蛋白质分子也可使脂双层发生局部弯曲当蛋白质疏水部分长度与脂分子长度不相符时,则蛋白质的结合使脂双层压缩(蛋白质疏水部分较短)或膨胀(蛋白质疏水部分较长)2.1.3膜蛋白结合对膜脂的作用膜蛋白质与膜脂结合后，对膜脂的流动性有显著性影响：蛋白质的嵌入，使膜的微粘度增加；使膜脂的相变温度变宽。蛋白质与脂类的影响是相互的：当膜流动性降低时，内嵌蛋白暴露于水相部分就相应地增加；反之，内嵌蛋白将会有更多部分深入膜脂内部。2.2研究膜蛋白-膜脂相互作用的模型多采用分离提纯膜蛋白,再与人工膜进行重组,形成较简单的模型体系。常用的人工膜有3种：单分子磷脂层、双分子磷脂层和脂质体（磷脂分子在水中形成的由脂双分子层围成的囊状结构，应用最广）。分离提纯的膜蛋白重建于脂质体的常用方法有：去污剂透析法、冰冻融化法和保温法。2.2研究膜蛋白-膜脂相互作用的模型对于可溶性蛋白如RNase、聚-L-Lys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↑→重建消除，对脂双层相变温度影响小。某些可溶性蛋白如白蛋白及周围蛋白如收缩蛋白、cyt.c等，初始依电荷结合→蛋白变性，肽链伸展→疏水区暴露→与脂肪酸侧链结合→双分子层特性严重改变(双分子层扩张、通透性改变等)。内嵌膜蛋白如髓磷脂蛋白质，依其疏水相互作用插入膜的疏水环境，且只与其周围脂分子（界面脂）相互作用，从而改变脂质体的通透性。2.3血浆脂蛋白的结构与功能脂蛋白主要分为膜脂蛋白(生物膜结构与功能的参与者)和运输脂蛋白(其中血浆脂蛋白研究最活跃,脂质运输的载体)。血浆脂蛋白中的蛋白质部分称为载脂蛋白(Apolipo-proteins,Apo)。血浆脂蛋白中Apo含量、脂质种类和含量与功能相关。2.3.1血浆脂蛋白的分类血浆脂蛋白:在人类血浆中脂类的含量和类型主要依据膳食习惯和个体的代谢状况而定。根据密度不同,分为5种主要类型：乳糜微粒(Chyl)，极低密度脂蛋白（VLDL），低密度脂蛋白（LDL），高密度脂蛋白（HDL），极高密度脂蛋白（VHDL）。根据电泳也可分为：α-脂蛋白（HDL），β-脂蛋白（LDL），β-前脂蛋白（VLDL）、乳糜微粒。血浆脂蛋白的分类、组分和主要功能脂蛋白密度/(g·cm-3)颗粒直径/nm脂质蛋白质功能CM<0.96100～50098%(主要为TG)2%运输外源性的TG到体内

VLDL（前β-脂蛋白）0.95～1.00630～8091%(主要为TG)8～12%运输内源性的TGLDL+IDL(β-脂蛋白)1.006～1.06318～2875%(主要为胆固醇和胆固醇酯)25%

运输内源性胆固醇HDL(α-脂蛋白)1.063～1.215～1550%（主要为磷脂、胆固醇）50%吸收周围细胞的胆固醇，对脂蛋白酯酶、卵磷脂一胆固醇酰基转移酶有激活作用电泳法分类2.3.2血浆脂蛋白的化学性质（一）脂质脂质包括：磷脂（磷脂酰胆碱、鞘磷脂、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇等）、胆固醇酯、游离胆固醇、甘油三酯等；中性脂质含量越高，脂蛋白颗粒密度越小；LDL是血浆中的主要脂蛋白，占总脂蛋白的50%；（富含胆固醇及其酯）随着年龄增大，血浆脂蛋白中LDL和VLDL含量增加。（二）载脂蛋白人血清脂蛋白中的载脂蛋白载脂蛋白MW（kD）主要脂蛋白族C-端N-端备注ApoAI28.3HDLGlnAsp,Tyr纯蛋白质,无糖ApoAII17.4HDLGlnPCA不含His/Arg/TrpApoAIII20HDLSerApoB273LDLGlu

理化特性了解不多ApoCI7VLDL,ChylSerThrApoCII9.5VLDL,ChylGluThrApoCIII8.7VLDL,ChylAlaSerApoD20HDLSer

类似ApoAIIIApoE39VLDLAlaLysApoF27HDLApoD27HDLSerLeuGRP0.49HDLGlyApoLP250-300HDL2.3.3血浆脂蛋白的结构脂蛋白的多种组分是如何怎样结合在一起的？现在还没有完全阐明。“脂质核心”模型

即脂蛋白是球形的或准球形的颗粒,它具有一个非极性核心(由甘油三酯和/或胆固醇酯构成的疏水核心)和外表面极性单层(磷脂、胆固醇和载脂蛋白构成）。血浆脂蛋白的密度和颗粒大小取决于非极性核心与极性表面的比例,以及各成分间的相对比例。2.3.3血浆脂蛋白的结构HDL结构模型（Jackson）载脂蛋白的-螺旋区平行于脂蛋白颗粒的表面，非极性氨基酸残基伸展到颗粒的非极性核心区域，磷脂的脂肪链则垂直于脂蛋白颗粒表面载脂蛋白的-螺旋。-螺旋的疏水面与磷脂脂肪链C2~C4部分相互作用。胆固醇(酯)埋在HDL颗粒的亲脂核心内(含有磷脂脂肪链和载脂蛋白的非螺旋亲脂部分)，游离的胆固醇可能与颗粒表面的磷脂(极性头)和载脂蛋白结合。2.3.3血浆脂蛋白的结构载脂蛋白磷脂胆固醇（酯）9.5-11nmHDL结构模型血浆脂蛋白的结构2.3.4血浆脂蛋白的结构单位和功能脂蛋白的结构单位

脂蛋白可分为两种亚结构：结构亚单位:

负责保持脂蛋白结构的完整性，如ApoB是乳糜微粒、VLDL、LDL等脂蛋白的结构亚单位；功能亚单位:

与脂质的运输、降解、有关酶的激活相关，如ApoC激活LPL；ApoAII

激活LCAT(卵磷脂:胆固醇酰基转移酶)等。脂蛋白定位功能作用成分Chyl肠装配、分泌ApoA、B,PL,CHL,CHL-E,TG淋巴运输ApoC、E血浆运输ApoC，CHL内皮细胞脂解TG，PL运输FA，CHL，PL，ApoC、EVLDL肝脏装配、分泌ApoB、C，CHL，PL，TG，CHL-E血浆运输ApoC、E，CHL-E内皮细胞脂解TG，PL运输FA，CHL，PL，ApoC、ELDL血浆生成来自VLDL和Chyl交换CHL，PLHDL外周组织、肝脏摄取、降解、调节CHL，CHL-E肝脏装配、分泌ApoA、E，PL，CHL血浆生成来自Chyl酰基转移PL，CHL运输CHL-E，ApoC、E交换ApoC，CHL，PLVHDL肝脏、外周组织摄取，降解CHL，CHL-E血浆脂蛋白的功能和代谢2.3.5载脂蛋白的生理功能脂蛋白分布功能ApoAIHDL，ChylLCAT激活因子ApoAIIHDL，ChylLCAT抑制因子ApoAIVChyl可能参与Chyl代谢ApoBChyl，VLDL，LDL结构蛋白，与分泌Chyl和VLDL有关，激活LDL受体ApoCIChyl，VLDL，HDLLCAT激活因子ApoCIIChyl，VLDL，HDLLPL激活因子ApoCIIIChyl，VLDL，HDLLPL和肝脏摄取Chyl残粒的抑制剂ApoDHDL参与脂蛋白之间CHL-E的转移ApoEChyl，VLDL，HDL，LDL存在于III型高脂蛋白血症患者或饲以高脂动物血浆内，激活LDL受体主要的人血浆载脂蛋白的分布与功能2.4动脉硬化与脂蛋白的关系动脉硬化的直接原因：血浆中Chyl和VLDL富含TG，而LDL携带60%~70%CHL，