糖的结构和功能

关于糖的结构和功能第一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第一章糖的结构和功能糖与蛋白质、脂类和核酸一样，是组成细胞的重要成分。从分子生物学的研究知道，糖不但是细胞能量的主要来源，在细胞的构建、细胞的生物合成和细胞生命活动的调控中，均扮演着重要的角色。科学家对糖的研究早在19世纪就已开始，但由于糖链结构的复杂多变，物理和化学分析手段的滞后，百余年来科学界对糖的认识几乎没有多大进展。从20世纪60年代开始，随着分子生物学的兴起，以及物理和化学技术的发展，有关糖的研究终于进入了新阶段。第二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第一节概述一、糖的定义糖类物质是一类多羟基醛或多羟基酮类化合物或聚合物；在最初研究糖的结构时，糖类物质的分子通式为Cn(H2O)n，所以长期以来人们都把它们称为碳水化合物。二、糖的分类糖类物质可以根据其水解情况分为：单糖、寡糖和多糖；在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。第三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、糖的生物学功能1.能源物质：通过生物氧化而释放出大量的能量，以满足生命活动的需要。如淀粉和糖原是重要的生物能源。2.生物物质合成的碳源：糖类物质在生物体内经转换可合成蛋白质、脂类、核酸及其他物质。3.生物结构物质：如纤维素是植物的结构糖，蛋白聚糖是动物结缔组织和润滑物质的主要成分，肽聚糖是原核生物细胞壁的结构物质。4.信息识别与传递：糖蛋白和糖脂等物质参与了生物的信息识别和传递。如某些激素的受体、抗体和血型物质。第四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第二节单糖一、单糖的种类1.根据糖分子的碳原子数可分为：三碳糖、四碳糖、五碳糖（戊糖）和六碳糖（己糖）。2.根据糖的功能团的不同可分为醛糖和酮糖。第五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三二、单糖的结构开链结构平面环状结构构象式果糖的开链结构果糖的平面环状结构第六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三HaworthprojectionAHaworthprojectionisaconventionalplanarrepresentationofacyclizedmonosaccharidemolecule.ThehydroxylsthatarerepresentedtotherightofthechaininaFischerprojectionareshownbelowtheplaneinaHaworthprojection.Planeoftheringisperpendiculartothatofthepaperandtheheavylineprojectstowardsthereader第七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、单糖的异构现象1.单糖中的异构种类：异构现象结构异构：碳原子数相同的酮糖和醛糖互为结构异构体立体异构旋光异构差向异构异头异构第八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、单糖的异构现象2.单糖的旋光异构体数目：2nn为手性碳原子数目。3.旋光异构的表示法：

DL构型命名系统在反映旋光化合物之间的构型联系方面有它的优点，但有很大的局限性，不够准确。

RS构型命名系统在表示手性碳原子构型方面十分准确，但比较繁琐，如D-葡萄糖在RS系统中命名为：2R,3S,4R,5R-己醛糖。由于习惯的原因，现在仍然沿用DL系统名称。第九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、单糖的异构现象4.差向异构：在碳原子数相同的同类单糖中，只有一个手性碳原子的构型不同的单糖，互为差向异构。5.异头异构：在单糖的环状结构中，羰基碳原子成为新的手性中心，导致C1差向异构，产生两个非对映异构体，这种羰基碳上形成的差向异构称为异头物。第十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三四、单糖的性质1.旋光性与变旋现象：当平面偏振光通过旋光物质的溶液时，则光的偏振平面会向右（顺时针方向或正向，用“＋”表示）旋转或向左（逆时针方向或反向，用“－”表示）旋转，使偏振面向右旋的称右旋光物质，左旋的称左旋光物质。几乎所有的单糖及其衍生物都有旋光性，许多单糖在水溶液中发生变旋现象。β-D-半乳糖（＋52.8°）α-D-半乳糖（＋150°）平衡时，混合物的比旋光度为＋80.2°第十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三四、单糖的性质2.单糖的还原性：醛糖含有游离的醛基，具有很好的还原性。在碱性溶液中，能被多种重金属离子氧化成醛糖酸，亦可被较强的氧化剂如稀硝酸氧化成二羧酸或醛糖二酸。银镜反应、Fehling反应、Benedict反应等。

Fehling试剂：酒石酸钾钠、氢氧化钠和硫酸铜。

Benedict试剂：柠檬酸、碳酸钠和硫酸铜。3.单糖的氧化性：单糖的醛基在适当的条件下，可被较强的还原剂如硼氢化钠还原为糖醇。4.单糖的成苷作用：环状单糖的半缩醛（或半缩酮）羟基与另一化合物发生缩合形成的缩醛（缩酮）称为糖苷或苷（glycoside）。在有机化学中常称为糖甙或甙。第十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三五、单糖的衍生物1.单糖的磷酸酯：存在于各种细胞中，是许多代谢途径的主要参与者。2.糖醇：糖醇是单糖羰基的还原产物，自然界广泛存在的有：山梨醇、甘露醇、半乳糖醇、木糖醇、核糖醇等。糖醇是生物体的代谢产物也是工业产品，主要用于制药和食品工业。3.糖酸：主要是醛糖的氧化产物，主要有：醛糖酸、糖二酸和糖醛酸。4.脱氧糖：单糖分子中一个或多个羟基被氢原子取代的单糖。常见的有：D－2－脱氧核糖、L－鼠李糖、L-岩藻糖等。5.氨基糖：分子中一个羟基被氨基取代的单糖。常见的有：葡糖胺和乳糖胺。二者又可衍生成多种物质，如胞壁酸、神经氨酸和唾液酸等。6.糖苷：糖苷配基为酚类、甾醇或含氮碱等的单糖或寡糖衍生物。第十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第三节寡糖一、寡糖的结构：由多个单糖通过糖苷键连接而成的复杂糖类物质。1.糖单位的多少：一般指由2－20个糖单位（单糖残基）组成，但其上限并不绝对固定，所以寡糖和多糖并没有严格的界限。2.糖苷键的类型：从异头碳原子的构型分为α－和β－型，从成键的位置位置分为1→1，1→2，1→3，1→4，1→5，1→6。其中1→3，1→5糖苷键较少见。3.寡糖的命名：许多寡糖都有俗名，如麦芽糖、蔗糖、棉籽糖等，系统命名见课本39页。第十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第三节寡糖二、常见的寡糖1.麦芽糖（Maltose）：2.纤维二糖（Cellobiose）:3.蔗糖（Sucrose）:4.乳糖（Lactose）:

第十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第四节多糖

在生物体内，糖类物质主要以均一多糖、杂多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。多糖是高分子化合物，相对分子量极大，从30,000~400,000,000。多糖在水溶液中不形成真溶液，只能形成胶体，没有甜味，也无还原性，有旋光性，但无变旋现象。第十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三一、均一多糖（同多糖）多糖可以由一种单糖缩合而成，如戊糖胶(pentosan)，木糖胶(xylan),

阿拉伯糖胶(arabinan)、己糖胶(淀粉、糖原、纤维素等)，称为均一多糖(homopolysacchaide)。第十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三(一)淀粉（Starch）-淀粉酶可将淀粉水解为麦芽糖。乙酰溴化物与淀粉作用也生成乙酰麦芽糖，由此可见淀粉的组成单位是麦芽糖。用热水处理淀粉或用极性溶剂处理淀粉都可以将淀粉分为两种成分；一种为可溶部分，称为直链淀粉；另一种为不溶部分，称为支链淀粉。第十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三1.直链淀粉直链淀粉中葡萄糖单位以（14）糖苷键聚合而成。有一个还原端和一个非还原端。整个分子称呈螺旋结构，遇碘显紫蓝色。一般由600到1200个葡萄糖单位组成，相对分子量在1×105到2×106D。在天然淀粉中约有20-30%的淀粉为直链淀粉。第二十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三2.支（枝）链淀粉支链淀粉中的绝大部分D-葡萄糖通过（14）糖苷键构成糖链。在分枝点处存在（16）糖苷键。形成分枝的侧链。支链淀粉分子是高度分支的，约每25到30个糖单位就有一个分枝点。支链淀粉的分子较直链淀粉大得多，一般平均由6000到37000个D-葡萄糖残基组成。其分子量约为1×106到6×106D。支链淀粉分子呈现复杂的树状分枝结构，整个分子有很多的非还原端，而只有一个还原端，遇碘显紫红色。在天然淀粉中约有70-80%的淀粉为支链淀粉。第二十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（二）糖原糖原为动物体内贮存的主要多糖，此多糖相当于植物体内贮存的淀粉，所以糖原也称为动物淀粉。高等动物的肝脏和肌肉组织中含有较多的糖原。糖原在肝脏和肌肉中的含量分别约占湿重的5%和1.5%。软体动物也含有糖原，甚至于在玉米和一些细菌中也曾发现能合成类似糖原的多糖成分。糖原的结构与支链淀粉的结构类似，但其分支程度更高，支链更短，平均每12个糖单位发生一次分支。糖原的分子量为3×106到15×106D。第二十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（三）纤维素纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。无论一年生或多年生植物，尤其是各种木材都含有大量的纤维素，如木材中50％以上，麻纤维中70－80％，棉花纤维中90－98％。植物体内约有50％的碳存在于纤维素的形式。估计地球上绿色植物每年大约净产有机物15-20×1010吨，其中纤维素占三分之一至二分之一。纤维素是由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，每个单糖单位相对于前一个单糖单位翻转180°，使得整个糖链采取完全伸展的构象。在植物细胞壁中，微纤维包埋在果胶物质、半纤维素、木质素、伸展蛋白等组成的基质中。在木材中，纤维素则常与半纤维素和木质素共同存在。天然纤维素为无臭、无味的白色丝状物。纤维素不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。第二十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（四）几丁质（壳多糖）（Chitin）几丁质(chitin)存在于昆虫和甲壳类动物的甲壳之中,又称甲壳质或壳多糖。据研究资料估计自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。几丁质也可视为纤维素的类似物。相当于纤维素的C-2位置上的羟基由乙酰氨基团置换。几丁质难得单独存在于自然界，一般都与蛋白质络合或呈现共价的结合。第二十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（四）几丁质（壳多糖）（Chitin）由几丁质的提纯和部分水解作用可鉴出几丁质中的寡糖成分，从而证明几丁质分子为2-乙酰氨基-2-脱氧--D-吡喃葡糖的同聚物；各个残基都是通过-l，4-糖苷键的形式联接成不分支的长链结构。第二十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第二十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三二、植物杂多糖主要包括：果胶物质、半纤维素、木葡聚糖、琼脂、角叉聚糖等第二十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、细菌杂多糖1.肽聚糖（peptidoglycan）也称黏肽或胞壁质，是细菌细胞壁的结构成分。由多糖和短肽共价交联而成。肽聚糖的多糖属糖胺聚糖，其单糖单位为：N-乙酰葡萄糖胺（NAG）和N-乙酰胞壁酸（NAM）。糖单位之间的连接是-l，4-糖苷键。短肽部分包括一个四肽和一个五聚甘氨酸。肽聚糖是一个由共价键连接，包围着整个细菌细胞的囊状大分子。第二十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、细菌杂多糖2.磷壁酸（teichoic-acid）

磷壁酸是革兰氏阳性（G+）菌细胞壁特殊组份，由核糖醇(Ribitol)或甘油(Glyocerol)残基经由磷酸二酯键互相连接而成的酸性多糖。第二十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三甘油磷壁酸的结构又分下列三个类型：第三十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三核糖醇磷壁酸分子的基本结构单位是核糖醇磷酸。在基本结构单位外还含有D-丙氨酸糖或氨基糖。其通式可表示如下：第三十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三磷壁酸抗原性很强，是革兰氏阳性菌的重要表面抗原；在调节离子通过粘肽层中起作用；也可能与某些酶的活性有关；某些细菌的磷壁酸，能粘附在人类细胞表面，其作用类似菌毛，可能与致病性有关。磷壁酸分壁磷壁酸(Wallteichoicacid)和膜磷壁酸(Membraneteichoicacid)两种，前者和细胞壁中肽聚糖的N-乙酰胞壁酸连结；膜磷壁酸又称脂磷壁酸(Lipteichoicacid)和细胞膜连结，另一端均游离于细胞壁外。第三十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第五节糖生物学

----糖组学（Glycomics）概述1.糖生物学的定义：研究糖复合物中糖链的结构、生物合成和生物学功能的一门科学。2.糖生物学形成中的一些标志性研究成果：（1）20世纪60年代发现在细胞表面上密布有糖缀合物,推测这些糖缀合物糖链在生命过程中担负分子识别的功能。第三十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（3）80年代末负责糖链合成的糖基转移酶的克隆,揭示糖链多样性是在基因水平和蛋白质水平进行调控的。这些进展为糖链的结构功能研究的突破奠定了坚实的基础。1988年牛津大学的生物化学家Dwek在一个早间电视节目中首次提出糖生物学(Glycobiology)这个名称,并于当年在《Annual

Review

of

Biochemistry》上发表了题为“糖生物学”的综述，预示糖生物学的诞生。（2）70年代由于物理化学测定方法的建立以及特异的内切和外切糖苷酶在结构测定中的应用,使结构测定成为可能,揭示出糖链惊人的复杂性和多样性。第三十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖生物学研究的对象及内容：----研究对象：糖以共价键与蛋白质或脂类结合，形成糖复合物，包括糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。----研究内容：糖链的化学结构、性质，糖链在细胞中的生物合成，糖链在生命系统中的功能，糖链的基因程序和分子操作。第三十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三一、糖蛋白糖蛋白是一类复合糖或一类缀合蛋白质，糖链作为缀合蛋白质的辅基行使多种生物学功能。许多膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。如血型抗原、组织相容性抗原、移植抗原、免疫球蛋白、血清清蛋白、血清类粘蛋白、运铁蛋白、血浆铜蓝蛋白等。不同的糖蛋白中含糖量变化很大，通常糖成分占糖蛋白重量的1％到80％。第三十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（一）寡糖链的分子结构糖蛋白多肽链常携带许多短的杂糖链。它们通常包括N-乙酰己糖胺和己糖(常是半乳糖和／或甘露糖，而葡萄糖竟较少)。糖链末端成员常常是唾液酸(sialicacid)或L-岩藻糖(L-fucose)。寡糖链常分支，很少含多于15个单体的，一般含2—10个单体，分子量相当于540—3,200。寡糖链序列多变，信息丰富，功能多样。糖链数目变化很大第三十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三1.单糖的种类葡萄糖(Glc)半乳糖(Gal)甘露糖(Man)

N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)岩藻糖(Fuc)

N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)木糖(Xyl)唾液酸(SA)第三十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三

-D-葡萄糖-D-半乳糖D-甘露糖D-木糖（Glc，▲）(Gal，●)(Man，○)(Xyl，)-D-N-乙酰葡糖胺-D-葡糖醛酸-L-艾杜糖醛酸-D-葡糖胺（GlcNAc,■）（GlcUA,)(IdoUA，)（GlcN）-D-N-乙酰半乳糖胺-L-岩藻糖唾液酸-D-N-乙酰葡糖胺-尿苷二磷酸（GalNAc，□)(Fuc，△)(SA，◆)GlcNAc-UDP

(单糖的英文缩写及代表符号在括号标明)第三十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三2.寡糖链中单糖的连接方式O-糖苷键形式有：

1→2,1→2

1→3,1→3

1→4,1→41→6,1→6

第四十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三3.寡糖链的一级结构和高级结构寡糖链的一级结构单糖的排列顺序及糖苷键的性质。寡糖链的二级结构寡糖链的二级结构涉及糖环构象、糖苷键旋转角度及各原子之间的相互作用等。第四十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（二）寡糖链的多样性和复杂性由4个核苷酸组成的寡核苷酸，可能的序列仅有24种；而由4个己糖组成的寡糖链，可能的序列则多达3万多种。正是由于糖链结构的复杂性，使其可能包含的信息量比核酸和蛋白质大了几个数量级。第四十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（三）寡糖链与蛋白质的连接方式N-连接：O-连接：GPI-连接：

GlcNAcAsn

GalNAcSerorThr第四十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三1.N-连接糖蛋白定义：

糖链的N-乙酰葡糖胺与多肽链的天冬酰胺的酰胺氮连接，形成N-糖苷键，此种糖链为N-连接糖链，也称N-连接聚糖。连接点的结构：GlcNAcβ-N-Asn糖基化位点：N-连接聚糖中Asn-X-Ser／Thr三个氨基酸残基序列(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸)称为糖基化位点。第四十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三核心结构高甘露糖型复杂型杂合型

N-连接糖链的结构ManMan

Man

GlcNAcGlcNAcAsn第四十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三2.O-连接糖蛋白定义：

糖链的N-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O-糖苷键，糖链为O-连接糖链，也称O-连接聚糖。

连接点的结构：

GalNAcα-O-Ser／Thr第四十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三IgA分子的O-连接糖链有6种第四十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三3.GPI-连接（锚定）糖蛋白定义：糖磷脂酰肌醇(GPl)与多肽链连接,此类蛋白质称为GPl-连接糖蛋白或GPl-锚定糖蛋白。结构：磷酸乙醇胺-甘露糖-甘露糖-甘露糖-葡糖胺-磷脂酰肌醇。第四十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三二、脂多糖脂类与糖（或低聚糖）结合的一类复合糖。细胞膜中含有糖脂，是细胞识别的分子基础。糖脂的种类：鞘糖脂、甘油糖脂、胆固醇衍生的糖脂、GPI第四十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第五十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三三、糖胺聚糖和蛋白聚糖1.Glycosaminoglycans（粘多糖）

Themostabundantheteropolysaccharides（杂多糖）inthebodyaretheglycosaminoglycans(GAGs).Thesemoleculesarelongunbranchedpolysaccharidescontainingarepeatingdisaccharideunit.Thedisaccharideunitscontaineitheroftwomodifiedsugars---N-acetylgalactosamine(GalNAc)orN-acetylglucosamine(GlcNAc)andauronicacid（糖醛酸）suchasglucuronateoriduronate（艾杜糖醛酸）.第五十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三1.Glycosaminoglycans

GAGsarehighlynegativelychargedmolecules,withextendedconformationthatimpartshighviscositytothesolution.GAGsarelocatedprimarilyonthesurfaceofcellsorintheextracellularmatrix(ECM).AlongwiththehighviscosityofGAGscomeslowcompressibility,whichmakesthesemoleculesidealforalubricatingfluidinthejoints.Atthesametime,theirrigidityprovidesstructuralintegritytocellsandprovidespassagewaysbetweencells,allowingforcellmigration.

第五十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三2.ExamplesofsomecommonGlycosaminoglycans硫酸软骨素硫酸角质素肝素硫酸皮肤素透明质酸第五十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三3.ProteoglycansThemajorityofGAGsinthebodyarelinkedtocoreproteins,formingproteoglycans(alsocalledmucopolysaccharides).Proteoglycansaremacromoleculescontainingglycosaminoglycan,whosestructurecomponentsaresimpleandrepetitive.Highlynegativelycharged.OncellsurfaceorExtracellularmatrix.TheGAGsofproteglycanextendperpendicularly（垂直的）fromthecoreinabrush-likestructure.第五十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第五十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三四、糖复合物中糖链的生物学功能糖链影响糖蛋白新生肽链折叠和缔合；糖链影响糖蛋白的分泌与稳定性；糖链参与分子识别和细胞识别；糖链与血型物质；第五十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第五十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三1.糖链在新生肽链折叠过程中的作用N-glycan在糖蛋白折叠过程中的作用第五十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖蛋白折叠机制在药物开发上的应用乙肝病毒M被膜蛋白的折叠：乙肝病毒M被膜蛋白在肝细胞内的合成也是通过N-糖基化的加工、识别并折叠的DNA第五十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三Dwek和Block发现将N-nonyldeoxynojirimycin(NN-DNJ)加到肝细胞中时，可抑制内质网葡萄糖苷酶II的活性，从而阻断乙肝病毒M被膜蛋白的折叠，使之不能从内质网中分泌出来组装成有感染能力的病毒只要抑制6%的细胞糖链加工就可使乙肝病毒的分泌降低99%。这种抑制对宿主细胞几乎无影响，而对病毒却是致命的他们与马里兰州联合制药公司合作以土拨鼠为动物模型，证明NN-DNJ可阻断病毒的复制而不危及动物的健康。迄今为止尚未发现任何病毒突变株可以逃避该抑制效应，有望成为乙肝患者的福音第六十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第六十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三2.糖链与糖结合蛋白(CarbohydrateBindingProtein,CBP)识别介导的细胞黏附选择素(selectin)与SLex糖链识别的生理功能80年代后期由几个研究组独立地克隆了三种人类糖链结合蛋白基因，称为选择素(selectin)，包括L-、E-和P-选择素1990年11月同时由三个不同的研究组发现唾液酸路易斯X(SLex)糖链的功能：Lowe,J.B.etal.ELAM-1-dependentcelladhesiontovascularendotheliumdeterminedbyatransfectedhumanfucosyltransferasecDNA.Cell,63:475,1990.Phillips,M.L.etal.ELAM-1mediatescelladhesionbyrecognitionofacarbohydrateligand,sialyl-Lex.Science,250:1130,1990.Walz,G.etal.RecognitionbyELAM-1ofthesialyl-Lexdetermintantonmyeloidandtumorcells.Science,250:1132,1990.第六十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三肿瘤转移过程中癌细胞出血管壁到达转移部位也类似白细胞出血管壁的机制转移中的肿瘤细胞可与血小板细胞上的P-选择素结合，并利用血小板细胞作为其保护伞逃避免疫系统的攻击人恶性转移癌黑色素瘤A375细胞株和舌鳞癌Tca8113细胞株胞膜上硫酸肝素样蛋白聚糖可作为P-选择素分子的配体，特异地介导肿瘤细胞与P-选择素分子黏附第六十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第六十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三3.糖链在细胞信号传导中的作用白介素IL-1、IL-1、IL-4、IL-6和IL-7均有特异的、不依赖钙的糖识别活性，分别识别末端为2,3Neu5Ac的二天线N-糖链、GM4(Neu5Ac2,3Gal1-Cer)、唾液酸内酯、N-或O-糖链的HNK-1样抗原表位和唾液酸化Tn抗原。推测这些特异的糖识别活性与信号传导有关。糖鞘脂通过控制其组装和与膜蛋白或其它糖鞘脂糖链的相互作用调控细胞信号传导：Hakomori等多年的研究发现，糖鞘脂在细胞膜上丛集并形成糖鞘脂富集微区(GSL-enrichedmicrodomain)，与信号传导分子关联的糖鞘脂富集微区还参与信号传导。第六十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三4.糖链代谢疾病糖蛋白代谢疾病糖基化先天缺损(congenitaldefectsinglycosylation,CDG)所引起的临床综合症最初于1980年发现

已发现至少8种不同的CDG，被归纳为CDG-I和CDG-II:CDG-I:N-糖链合成缺陷CDG-II:N-糖链加工缺陷

CDG-Ic缺失N-糖链前体末端葡萄糖的葡萄糖基转移酶。第六十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第六十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖脂代谢疾病Gaucher病就是葡萄糖脑苷脂酶的遗传缺陷病。高雪氏病（Gaucher′sdisease）又称葡糖脑苷脂沉积病（glucocerbrosidelipidcsis）是因β－葡萄糖脑苷脂酶(β－glucocerehrosidase)减少或缺乏，使葡萄糖脑苷脂（glucocerbroside）不能分解成半乳糖脑苷脂或葡萄糖和N-酰基鞘氨醇，因而葡萄糖脑苷脂在单核巨噬细胞系统各器官中大量沉积、引起组织细胞大量增殖。重组葡萄糖脑苷脂酶(商品名为Cerezyme)治疗，一年的费用约为二十万美元1982年Radin最先提出用抑制剂减少糖鞘脂的合成治疗Gaucher病的观点，最近，该治疗策略在转基因小鼠模型中得到证实。第六十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖链修饰与疾病防治许多疾病的发生和发展，如炎症及自身免疫疾病、老化、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等都与糖蛋白寡糖链的变化密切相关。因此，针对糖链的变化，利用小分子化合物抑制糖苷转移酶和糖苷酶的催化活性，可以控制糖链的合成和水解，从而达到治疗疾病的目的。第六十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三寡糖链后加工的糖苷水解酶抑制剂寡糖链的合成和后加工过程包括了一系列糖苷水解酶的作用，如葡萄糖苷水解酶I（水解寡糖链前体最外侧的葡萄糖基）、葡萄糖苷水解酶II（水解内部的葡萄糖基）、甘露糖苷水解酶RER、甘露糖苷水解酶I、II等。第七十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（1）α-葡萄糖苷酶抑制剂与HIV的防治第一个用于临床抗病毒作用的α-葡萄糖苷酶抑制剂是N-丁基-1-脱氧野尻霉素(Bu-DNJ,SC-48334)，它对α-葡萄糖苷酶I的抑制常数Ki为0.22mol/L，具有明显的抗HIV作用。第二个用于临床的抑制剂是一种从澳大利亚的植物中分离得到的生物碱（castanospermine,cast）的衍生物，即6-O-丁酰-cast（BuCast,MDL28574），该化合物对HIV的抑制作用比原始的生物碱强30倍，但抑制糖蛋白加工所需的IC50却比cast大10倍。第七十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三（2）神经氨酸酶抑制剂与流感防治流感病毒表面有两种糖蛋白：神经氨酸酶和血凝素。神经氨酸酶（NA)可催化裂解宿主细胞和病毒粒血凝素上糖侧链末端的唾液酸残基，从而促进病毒粒子从感染的呼吸道粘膜向周围组织扩散。此外NA还同样具有病毒的致病性，通过改变表面糖蛋白血凝素的碳水化合物部分，增强病毒株的毒性，可引起流感症状和气道炎症的发生。神经氨酸酶（又称为唾液酸酶，NA）抑制剂通过选择性地抑制Ａ、Ｂ型流感病毒的神经氨酸酶，使病毒难以释放，并促进已释放的病毒相互凝聚，继而死亡。第七十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第一个可抑制流感病毒NA的抑制剂是2-脱氧-2,3-脱氢-N-乙酰神经氨酸(DANA，Neu5Ac2en)，但由于活性及其特异性太低，无临床使用价值。后来根据NA与底物唾液酸复合物的晶体结构合成了4-胍基DANA(Zanamivir，扎那米韦)，对流感病毒NA抑制效果提高500倍。1997年设计了一种新型神经氨酸酶抑制剂Oseltamivir(奥司他韦)，其与流感病毒NA比对人的同类酶的亲和力大100万倍，被认为是目前发现的特异性最高的药物，该药物于1999年在北美、欧洲和日本等地上市。2001年10月在我国上市。第七十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三第七十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三达菲与甲型N1H1流感的防治目前市场上销售的达菲为罗氏制药独家生产的抗流感药物，其通用名称为磷酸奥司他韦（Oseltamivirphosphate）。达菲是一种非常有效的流感治疗用药，并且可以大大减少并发症（主要是气管与支气管炎、肺炎、咽炎等）的发生和抗生素的使用，因而是目前治疗流感的最常用药物之一，也是公认的抗禽流感、甲型H1N1病毒最有效的药物之一。第七十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三5.糖链与器官移植世界卫生组织的统计表明，全世界需要紧急器官移植手术的病人数量与所捐献人体器官的数量比为20∶1，这个数字还不包括那些靠药物维持可以等待但又必须做器官移植手术的病人。如果把这一数字加上，需要器官移植的病人数与器官捐献数的比值将拉大到30∶1。在美国，每16分钟就有一个人加入到等待器官移植的行列，而全世界目前等待合适供体器官做移植手术的病人有30万人。为解决这一问题，科学家们将目光投向了猪。第七十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三5.糖链与器官移植猪器官的血管内皮细胞表面的糖链抗原表位Gal(1,3)Gal可被人抗体IgG和IgM识别并引发补体反应，在几分钟内引起不可逆的超急性血管排斥Gal(1,3)Gal糖链抗原存在于糖鞘脂中，人抗体只识别末端的三糖Gal1,3Gal1,4GlcNAc人1,2岩藻糖基转移酶基因转入猪肾细胞稳定表达后，可使猪肾细胞表达人的H抗原，同时降低了Gal(1,3)Gal的表达。第七十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三6.寡糖链与血型第七十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三五、发展趋势人类基因组计划的最新成果表明，人类基因组中只有约2.5万个基因，远远低于传统认为的10万个基因的数目。而2.5万个基因本身所携带的信息又如何构成人体这样一个异常复杂的动态系统呢？原核单细胞大肠杆菌1分为2、2分为4、4分为8……，在对数生长期几个小时就可达到细胞数108-9/ml。而一个受精卵由1分为2、2分为4、4分为8、8分为16个细胞，不但要互相结合，还必须保持合理的空间配置和时间进程。人类从受精卵细胞发育成为一个约40-50兆个细胞集团的个体，不仅要经历受精卵细胞的分裂增殖和有规律的细胞分化、分化细胞的合理立体配置和组织形成等一系列发育过程，还必须通过组织间的相互控制来维持动态的生命活动，这些都涉及细胞间的识别、调控。第七十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖复合物糖链大多在细胞表面和细胞分泌的蛋白上，它们不仅可通过糖基化影响蛋白质功能，更重要的是还与细胞通讯、信号传递密切相关。糖链的合成是由基因编码的酶催化的，据估计哺乳动物细胞基因组中约有0.5-1%的基因参与糖链的合成与代谢，与参与蛋白磷酸化的基因数量相当。而这些基因如何调控糖链的合成以及基因所编码的生命信息如何通过糖链来体现,还是一个有待探索的命题。

第八十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖组学(Glycomics)研究—从糖的角度来认识生命线虫基因组研究完成后，作为基因组和蛋白质组研究的延伸，美国新罕布什大学化学系的结构生物学研究中心就启动了一项“线虫糖组学研究”计划，分析测定线虫的糖组(Glycome)(定义为细胞内所有的糖链组分)、开展糖组学(Glycomics)研究（即研究糖链的表达和调控），目的在于确定基因所携带的遗传信息与其功能之间的关系。2000年美国Scripps研究所的J.Paulson和UCSD的A.Varki等几位著名糖生物学家组织了一个“功能糖组学”研究项目，向美国NIH/NIGM申请基金，于2001年9月正式启动。参与该计划的41位科学家来自美国、英国、德国、法国、加拿大、丹麦、瑞典和俄罗斯的27个研究机构，是一个多学科、多机构的国际性计划。项目的总体目标是阐明由蛋白质-糖链相互作用所介导的细胞通讯机制。第八十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三热点问题—在糖链的合成、分析方法学上获得突破，在功能研究上获得更多的基础数据积累前沿领域—糖基化、细胞粘附分子与糖链的相互作用、糖在微生物感染中的作用第八十二页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖生物学研究的特点：首先，糖链的结构远比核酸和蛋白质要复杂，而且糖链的合成并不是有模板的复制，而是通过糖基转移酶和糖苷酶在内质网和高尔基体内合成的，除受酶基因表达的调控外，还受酶活性的影响，即便在同种分子的同一糖基化位点上，糖链的结构也有差异，即微不均一性。因此，很难得到结构均一的糖链，糖链结构测定和化学合成也远比核酸和蛋白质要困难，这就极大地限制了其功能研究。

第八十三页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三其次，糖链功能和调控的复杂性也制约了研究的速度：很难预知某一特定糖链的功能和对生物体的重要性同一糖链在生体的不同部位和不同的个体发育阶段功能不同；较为专一的生物作用通常是通过不寻常的糖链序列或常见糖链的不寻常表达或修饰来介导，而这些特殊的糖链也常是毒素和病原体的识别目标；糖链调控细胞、组织特异性和发育阶段性。第八十四页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖链调控的复杂性则表现为调控的细胞、组织特异性和发育阶段性，一种糖基转移酶只能合成一种糖苷键，而同一糖苷键则可由不同的糖基转移酶合成，如人糖蛋白O-糖链上GalNAc与Thr/Ser连接的键就可由10种不同的N-乙酰氨基半乳糖转移酶合成，这些酶的表达因细胞、组织和发育阶段而不同。在化学合成和结构分析的方法学上获得突破，为生物学功能研究提供工具；在细胞水平上逐个研究糖链的功能。第八十五页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖组学研究中的方法学

(1)糖组学的分离技术凝集素亲和色谱“糖捕获”方法二维电泳结合特殊染色的分离方法液相色谱分离多糖方法双消化并串联柱法

(2)糖组学的鉴定技术糖微阵列技术化学选择糖印迹技术基质辅助激光解吸离子化飞行质谱

傅立叶变换离子回旋共振质谱

12341234第八十六页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三糖蛋白寡糖寡糖混合物用内切糖苷酶作用，产生寡糖1）Ion-exchangechromatography2)Gelfiltration3)Lectin-Affinitychromatography分离的寡糖纯化的寡糖强酸水解单糖完全甲基化的糖更小的寡糖HPLC或衍生出的其它层析分析以及气液层析酸水解产生单糖，分子中除了糖苷键涉及的羟基外，其它每个羟基都甲基化分离混合物中的片断对每个寡糖分子进行甲基化和酶解分析核磁共振和质谱用CH3I,强碱进行彻底甲基化混合物的组分

单糖单位的种类和含量糖苷键的位置单糖的序列；糖苷键的位置和构型单糖的序列糖苷键的位置和构型第八十七页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三

糖组和糖组学的有关网站http://www.glycofrum.gr.jp

http://mb1.pharma.hr/bmb/glyco2001.htm/database

http://www.vei.co.ukhttp://www.bochem.uu.nl/sugabasehttp://www.gak.co.jp第八十八页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三Wemust“be”beforewecan“do,”andwecan“do”onlytotheextentwhichwe“are,”andwhatwe“are”dependsuponwhatwe“think.”只有想不到的，没有做不到的！第八十九页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三Thanks！第九十页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三常见的醛糖第九十一页，共一百一十六页，编辑于2023年，星期三常见的酮糖第