《糖生物学.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《糖生物学.ppt(74页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、糖生物学糖生物学 Glycobiology糖复合物 glycoconjugate糖类与蛋白或脂类形成共价结合物。一一 研究历史研究历史5060年代以前,其研究仅限于(寡多)糖的化学组成和一般结构测定,基本属于有机化学范畴。70年代后,研究逐渐活跃,至80年代中、后期到90年代初,飞速发展,发现糖类在生物体中不仅是能源及结构成份,而且担负极为重要的生物学功能。现认为,糖复合物中的糖链是生命科学中肽链、核苷酸链之外具有重大生物意义的第三链,其研究已成为继蛋白、核酸之后探索生命奥秘的第三里程碑二二 研究内容研究内容结构:无模板合成使研究进展落后,近年来,测定技术飞速发展,HPLC、荧光标记、CE等,
2、提高分辨率、灵敏度。酶:内、外切糖苷酶,糖基转移酶可研究各糖基功能。改造,“糖工程学”应运而生,糖蛋白药物。代谢:糖复合物合成步骤基本弄清,各种酶在细胞内定位也大致了解。目前,糖基转移酶的调控研究正在兴起。凝集素:一类能识别糖链结构的蛋白(非酶及Ab),为工具,三三 与医学关系与医学关系“细胞颜面”,糖被、植被,传递信息、受体,每个红细胞表面50万个糖蛋白、表面唾液酸(负电),避免在血管内粘付。血型各型的抗原决定簇差异为糖链非还原末端糖基,AN-乙酰氨基半乳糖,B半乳糖,O无此末端糖基。糖链改变,可产生自身抗体,自身免疫性疾病。恶性肿瘤的恶性行为(侵袭、转移等)与其细胞表面糖复合物的组成、结构
3、密切相关。病原微生物的感染有种属与组织专一性。神经系统富含脂类,糖脂为重要成分。四四 研究进展研究进展糖生物学是生物化学与生物医学交叉点的前沿。美国:86年,能源部成立复合糖类研究中心。糖工程会议2年。日本:89年,创立杂志糖科学与糖工程动态;91年,投资百亿日元实施“糖工程前沿计划”。欧洲:94-98年,有“欧洲糖类研究开发网络计划”。我国此方面研究起步较晚,但发展迅速,队伍日益扩大,国际交流不断加强。复复 合合 糖糖 类类复合糖类:(1)蛋白多糖:含糖多(2)糖蛋白:含蛋白多(3)糖脂蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan PG)以 糖 为 主,糖 可 占 90-98%。糖 胺 多 糖
4、(glycosaminoglycan,GAG,以前也称粘多糖)为二糖单位,重复连接组成的无分支多糖链,二糖中必有一种为氨基糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖:乙酰化),另一种为糖醛酸(葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸)。糖胺多糖多含有硫酸。蛋白聚糖的结构 组成 核心蛋白 糖胺聚糖 糖胺 糖醛酸 葡萄糖胺 半乳糖胺 葡萄糖醛酸 艾杜糖醛酸 已知六种糖胺多糖:透明质酸(hyaluronicacid,HA)硫酸软骨素(chontroitinsulfate,CS)硫酸皮肤素(dermatinsulfate,DS)硫酸角质素(keratansulfate,KS)硫酸乙酰肝素(heparansulfate,HS)肝素(he
5、paran,Hep)蛋白聚糖的结构蛋白聚糖的结构 1.糖胺多糖(GAG):(1)透明质酸(HA):葡萄糖醛酸+乙酰氨基葡萄糖(GlcUA-GlcNAc)结构最简单的GAG,|13|-1,4不含硫酸,HA分子量大,可达1000万(2万5千个重复二糖)。生理溶液中,为多聚阴离子,(-COOH),分子相当刚硬,呈无规扭曲团状。分子间可交织形成网络。一些蛋白可以特异地非共价作用与HA结合。(2)硫酸软骨素(CS)及硫酸皮肤素(DS):CS:葡萄糖醛酸+乙酰氨基半乳糖(GlcUA-GalNA)DS:艾杜糖醛酸+乙酰氨基半乳糖(idoUA-GalNA)CS单个糖链分子量小于10万(250个重复二糖),DS
6、实际上是CS的一种修饰形式。(由酶催化使D-葡萄糖醛酸转变为L-艾杜糖醛酸)(3)硫酸角质素(KS):半乳糖+乙酰氨基葡萄糖(Gal-GlcNAc)单个KS很少大于4万(80个重复二糖),无糖醛酸。(4)硫酸乙酰肝素(HS)及肝素(Hep):HS 葡 萄 糖 醛 酸+乙 酰 氨 基 葡 萄 糖(GlcUA-GlcNAc)Hep:艾杜糖醛酸+乙酰氨基葡萄糖(idoUA-GlcNA)|a13|单个分子量10万二核心蛋白定义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域,一些蛋白聚糖通过这些结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。2.核心蛋白:与GAG共价结合的蛋白。a.丝甘蛋
7、白聚糖:核心蛋白最小的GAG,存于造血细胞及肥大细胞。b.饰胶蛋白聚糖:可修饰胶原蛋白,MW=3.6万的核心蛋白,调节结缔组织形成。c.粘结蛋白聚糖:3.2万的核心蛋白,其细胞外结构域可连接GAG链。d.可聚蛋白聚糖:核心蛋白22.5万25万,为软骨中主要结构大分子。除HA外,所有GAG均是以共价连接在核心蛋白上,寡糖分布在核心蛋白的不同区域,形状似“瓶刷”。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,糖醛酸由UDPGA提供;单糖要由UDP活化;硫酸由PAPS提供;糖胺氨基来自于Gln。(二)蛋白聚糖的生理功能(二)
8、蛋白聚糖的生理功能蛋白聚糖主要为结构成分,分布于结缔组织、角膜等基质内,其密集的负电荷可以吸入大量水分子,构成凝胶,起机械保护作用,“筛子”阻止细菌;软骨中的蛋白聚糖有“分子弹簧”的作用;关节的润液、眼的玻璃体和粘液,起润滑作用,故以前称为粘蛋白。构成细胞外基质 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,这与细胞的粘附、迁移、增殖和分化等有关。正常动脉壁含丰富的透明质酸、硫酸软骨素、肝素,以蛋白多糖的形式覆盖于内皮及平滑肌细胞表面,填充间质,维持血管结构通透性、弹性。硫酸肝素可嵌入细胞质膜的核心蛋白,连于膜表面,在细胞生长、细胞通讯、细胞与环境的识别中起作用肝素分
9、布于肺、等血管壁的肥大细胞内,是体内天然抗凝物质,其带负电的硫酸基与抗凝血酶结合 构象改变 容易与活化的凝血因子结合因子失活。(三)病理情况下蛋白聚糖的变化(三)病理情况下蛋白聚糖的变化1.血清HA水平的升高见于多种疾病,例如肝硬化、类风湿性关节炎、恶性间皮瘤及一些皮肤病等。由于HA水化作用很强,它可导致严重的间质水肿。例如哮喘、肺水肿、特发性肺纤维化以及成人呼吸窘迫综合征等。2.骨关节炎又称退行性骨关节症或关节软骨软化症。在关节软骨出现形态损害之前,其蛋白聚糖的分解代谢就已发生显著增加。3.存在于细胞外基质的CSPG与动脉粥样硬化有关,它能与脂蛋白相互作用,在动脉粥样硬化发生早期在血管壁中发
10、生明显堆积。4.肾病患者的肾小球基底膜缺乏HSPG,其结构受到严重破坏,结果大量血浆蛋白渗漏于尿中,形成蛋白尿。5.组织器官淀粉样变性,如早老性痴呆神经斑和血管中的淀粉样蛋白,其中往往发生HSPG的堆积。病例病例-粘多糖病伴感染粘多糖病伴感染 患者患者:李X X,一岁,出生后6月时出现发育停滞,现因发热而就诊。医师检查发现,该小孩外形矮小,头大颈短,发厚多毛,鼻梁塌陷,鼻孔大,舌厚张口,表情呆板,呈特殊外貌。常有关节强直,脊柱后突或鸡胸、四肢粗短,手指屈曲呈爪状;智力低下、伴有斜视;视力减退、角膜薄翳混浊;肝脾肿大使腹部隆起,心脏增大与心功能不全,伴有肺与支气管感染。化验检查化验检查:骨髓中性
11、粒细胞染色,可发现胞质内有深紫色粘多糖颗粒(AderReilly颗粒);尿。艾杜糖醛酸酶活性降低,硫酸皮肤素和硫酸类肝素排出量超出正常10-20倍;活体组织检查测定肝细胞艾杜糖醛酸酶活性均显著降低;血常规:中性粒细胞增多。诊断诊断:粘多糖病伴感染。属于粘多糖病(MPS)的MPSI型。病因病因:粘多糖病(MPS)是一组先天性粘多糖代谢缺陷性疾病,系因溶酶体缺乏糖键水解酶,致粘多糖分解代谢障碍,全身组织和脏器如骨骼、神经、皮肤、肝脾、心脏和角膜等有大量的酸性粘多糖蓄贮积,表现为体格发育畸形、智力障碍和脏器损害等。糖蛋白糖蛋白 (GlycoproteinGlycoprotein)(一)一)组成:组成
12、:短链寡糖+蛋白的复合物单糖:葡萄糖Glc半乳糖Gal甘露糖Man岩藻糖FucN-乙酰氨基半乳糖GalNACN-乙酰氨基葡萄糖GlcNACN-乙酰神经氨酸NeuAC唾液酸:(sialic acid)分布广泛,可组成糖脂/糖蛋白为一总称,代表20多种神经氨酸,是一类含9个碳的具吡喃型结构的酸性氨基糖.糖链数目差异很大,4-30个不等。(二)二)糖链与蛋白连接方式糖链与蛋白连接方式N-连连接接:糖基1位C上-OH与肽链上Asn的酰氨基相连。O-连连接接:糖基1位C上-OH与肽链上丝、苏羟基相连。糖分支犹如天线状,称二、三、四、五天线结构,不均匀结合蛋白表面。(一)N连接糖蛋1.定义糖蛋白的糖链与蛋
13、白部分的Asn-X-SerAsn-X-Ser序列的天冬酰胺氮以共价键连接称N连接糖蛋白。2.糖基化位点N连接糖蛋白中的Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr三个氨基酸残基的序列子称为糖基化位点。3.N连接寡糖结构 高甘露糖型 复杂性 杂合性都有一个五糖核心ManManManGlcNAcGlcNAcAsn4.N连接寡糖的合成N连接寡糖是在内质网上以长萜醇作为糖链载体,先合成含14糖基的寡糖链,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加工完成。每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成,糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物。(二)O连接糖蛋白1.定义定义糖蛋白糖链与
14、蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连,称为O连接糖蛋白。2.O连接寡糖结构结构O连接寡糖有N乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖,核心二糖可重复延长及分支,再接上岩藻糖、N乙酰葡萄糖胺等单糖。3.O连接寡糖合成合成O连接寡糖在N乙酰半乳糖基转移酶的作用下,在多肽链的丝/苏氨酸羟基上连接上N乙酰半乳基,然后逐个加上糖基直至O连接寡糖链的形成。(三)(三)糖基化过程及特点糖基化过程及特点糖基供体、糖基接受体、糖基转移酶。糖基供体糖基供体:常见两种活化形式,一是核苷酸形式(UDP-Glc、ADP-Glc、GDP-Glc等),另一种是磷酸长萜醇的形式。糖基受体糖基受体:第一糖基的接受体是肽链中的特定位置的氨基
15、酸残基,之后的糖基接受体则是新接上的糖基。糖基转移酶糖基转移酶:糖基转移酶是糖类生物合成的中心环节,它们对糖基的供体和受体都有很高的专一性。一个糖苷键一个糖基转移酶一个基因一条糖链一组糖基转移酶一个基因组ABO血型的分子基础在于糖链结构的细微差别。A型抗原决定簇N-乙酰氨基半乳糖B型抗原决定簇半乳糖O型抗原决定簇无此糖基 176 235 266 268N-乙酰氨基半乳糖基转移酶 Arg(CGC)Gly(GGC)Lys(CTG)Gly(GGG)半乳糖基转移酶 Gly(GGC)Ser(AGC)Met(ATG)Ala(GCG)二酶的氨基酸序列只有4个残基不同,反映在它们的等位基因上则是4个碱基的不同
16、。O型血的抗原决定簇少一个糖基是因为O等位基因缺失了第258位的碱基,结果是表达产物因翻译时读码移位而成为无糖基转移酶活性的蛋白质。(四)(四)糖蛋白生物功能糖蛋白生物功能1 糖链具有不同程度的抗蛋白水解酶作用,血浆蛋白糖链可以延长半寿期。2 定向作用:参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确空间构象;影响亚基聚合;糖蛋白在细胞内的分拣和投送。糖蛋白激素在内分泌腺合成后,能定向正确转移到高尔基体和溶酶体,与糖链有关。3 识别作用:膜上糖链包含的多种生物信息可以起识别作用。红细胞血型物质 受体 激素 HCG 红细胞生成素卵子表面O-连接糖起精子受体作用 Ag-Ab 4 肿瘤细胞恶变时,膜上糖蛋白异常
17、。5 病原体侵袭:(1 1)细菌:)细菌:如肺炎球菌肺炎球菌主要是识别肺和脑膜细胞表面糖链中的GlcNAc,而嗜腐球菌嗜腐球菌识别其侵袭细胞表面的GlcNAc和GalNAc,具有A或AB血型的人占嗜腐球菌尿路感染的94.6%,而B或O血型的人很少受嗜腐球菌感染就是因为A或AB血型者细胞表面糖链的末端带有GalNAc,(2 2)寄生虫:寄生虫:如克罗斯(克罗斯(CruzCruz)锥虫锥虫含有唾液酸转移酶,有水解和转移唾液酸双重活性,能识别宿主细胞表面的唾液酸并将其转移至自身细胞的表面,从而掩盖锥虫的抗原性,也阻止对补体系统的激活,两者均有利于锥虫对宿主细胞的入侵。(3 3)病毒)病毒:如流行性感
18、冒病毒流行性感冒病毒对细胞的侵袭依赖于病毒分子对细胞膜上糖复合物糖链末端唾液酸的识别和结合,其中A型和B型病毒识别5-乙酰神经氨酸(Neu5AC)或5-羟乙酰神经氨酸(Neu5Gc,是Neu5Ac中乙酰基羟化后的产物)。其他糖基也可成为病毒的专一性受体,如日本脑炎病毒日本脑炎病毒的受体是D-甘露糖。(五)研究糖蛋白寡糖链的常用方法五)研究糖蛋白寡糖链的常用方法 1比较不同糖链的同种糖蛋白的生物活性(不同组织,不同病理)2应用内切和外切糖苷酶 3应用糖链加工抑制剂 4应用基因DNA定点突变技术 5应用糖基转移酶的基因工程技术 6利用糖化过程不同步骤异常细胞株(六)糖蛋白与疾病(六)糖蛋白与疾病
19、寡糖链代谢酶改变糖链结构改变糖蛋白异常细胞功能失常 恶性表型寡糖链代谢酶改变免疫系统识别产生自身抗体自身免疫病1恶性肿瘤:改变类型(N-连接改变O-连接改变)恶性肿瘤中糖蛋白N-糖链改变的类型类 型 举 例(1)天线数增加 人肝癌GGT和Tf、消化道癌 AFP、恶性 萄胎或绒毛膜上皮癌的hCG(2)N-乙酰氨基乳糖重复 人肝癌GGT 顺序出现或增加(3)c-Fuc增多 人肝癌Tf、人癌性AFP、绒毛膜上皮癌hCG (4)出现偏二天线 人肝癌GGT、绒毛膜上皮癌hCG(5)bis-GlcNAc 增加 AH66肝癌GGT、人癌性或卵黄囊肿瘤AFP化学 诱发大鼠肝癌ALP (6)外链Fuc增多 人肝
20、癌Tf(7)末端NeuAc变化 AH66肝癌(增多)、绒毛膜上皮癌hCG(减少)(8)NeuAc连接链改变 人肝癌Tf和AFP(9)高甘露糖型出现或增加 人肝癌和大鼠AH66肝癌GGTGGT:-谷氨酰转移酶;Tf:运铁蛋白;AFP:甲胎蛋白;hCG:人绒毛膜促性腺素;ALP:碱性磷酸酶正常人肝和原发性肝癌中GGT和N-糖链结构分子比(%)糖链类型 正常人肝 原发性肝癌高甘糖型 0 7.4复杂型 100 92.6 二天线 C2C2 65.7 17.6 C2,4 0 4.1三天线 C2,4C2 19.4 24.2 C2C2,6 8.8 18.3四天线C2,4C2,6 4.5 19.3含N-乙酰氨基
21、半乳糖重复顺序 1.6 9.1具有C2,4结构 19.4 28.3具有C2,6结构 14.9 46.72免疫性疾病:(1)IgG的糖链结构每分子IgG平均含糖链2.8条,其中2条存在于Fc段保守区的Asn297上,2条重链各含一条,其余位于Fab段高变异区的Asn-X-Ser/Thr位点上。(2)类风湿性关节炎与IgG 糖链改变类风湿关节炎病人血清中的IgG外链中Gal的含量明显下降而以GlcNAc为末端的糖链比例增加。糖链改变的IgG可成为一种自身抗原,被免疫系统识别而产生自身抗体,结合后沉积于关节腔内,引起炎症。IgG中糖链缺失Gal的机制是B细胞中半乳糖基转移酶活力减少,其减少程度和血清
22、中异常糖链的IgG含量呈正比。(3)其他免疫疾病与IgG 糖链系统性红斑狼疮和Crohn病(一种局灶性肠炎)都被认为是和自身免疫有关的疾病,患者血清中的IgG也有糖量缺失Gal的变化,分枝杆菌引起的结核病其IgG也有Gal缺失。糖脂糖脂(Glycolipids)糖脂是糖类和脂类形成的共价化合物,根据国际纯化学和应用化学联盟和国际生化联盟(IUPAC-IUB)命名委员会所下的定义,糖脂必须是糖类通过其还原末端以糖苷键与脂类连接起来的化合物。分类分类:鉴于脂质部分的不同,糖脂可分为四类:1.分子中含鞘氨醇(sphingosine)的鞘糖脂glycosphingolipids,简写作GSL)、2.分
23、子中含有甘油脂(gycerolipids)的鞘糖脂(glycoglycerolipids)、3.由磷酸多茚醇衍生的糖脂(polyprenol phosphate glycoside)、4.由类固醇衍生的糖脂(steryl glycoside)分布及特性分布及特性:糖脂广泛地分布在生物界,哺乳动物的组织和器官中所含的糖脂主要是鞘糖脂。糖脂是一类两性化合物,其脂质部分是亲脂的,而糖链部分是亲水的。在细胞中,糖脂主要是作为膜(特别是质膜)的组成而存在,脂质部分包埋在脂双层内,而亲水的糖链部分则伸在膜外。(一)鞘糖脂的分类(一)鞘糖脂的分类 鞘糖脂按其所含的单糖的性质可分为两大类:1.中性鞘糖脂(ne
24、utral glycosphingolipids),糖链只含中性糖类,2.酸性鞘糖脂(acidic glycosphingolipids),除了中性糖还有唾液酸(SA,又称神经氨酸)或硫酸化的单糖。含唾液酸的鞘糖脂又称为神经节苷脂,含硫酸化单糖的鞘糖脂又称硫酸鞘糖脂,也称硫苷脂。根据核心糖链即与脂质部分相邻的34个糖的结构特点,将鞘糖脂分为若干系列,如红细胞系列、异红细胞系列、乳糖系列、新乳糖系列、神经节系列、粘系列、半乳糖系列及在无脊椎动物中发现的节足系列和软体系列等。(二)鞘糖脂的结构二)鞘糖脂的结构 鞘糖脂的分子有糖链、脂肪酸和一个叫做(神经)鞘氨醇的长链碱基3部分组成。其亲脂(疏水)部
25、分为神经酰胺,有鞘氨醇的氨基被脂肪酸酰化而成,亲水的糖链以1,1糖苷键与神经酰胺的伯醇羟基相连接。(1)疏水部分 长链碱基:动物鞘糖脂最常见的是具有18个碳原子的、不饱和的4烯鞘氨醇脂肪酸:以含1624碳的饱和的和不饱和程度较低的脂肪酸居多(2)亲水部分糖链:通常出现在脊椎动物鞘糖脂中的单糖只有6种,即D葡萄糖、D半乳糖、N乙酰氨基葡萄糖、N乙酰氨基半乳糖、L岩藻糖和唾液酸。(三)糖脂的生物学功能三)糖脂的生物学功能 鞘糖脂是质膜的普通成分之一,呈现细胞专一性。糖脂亦存在于细胞内的膜组分上,在质膜磷脂双层的外层。质膜中高糖脂含量提示了两种可能性:提供了质膜结构上的强度。含糖的神经酰胺具有高度的
26、稳定性。位于质膜外层的糖脂更适合以其糖链与外源性配体相互作用,而体现多种功能。糖脂功能可归纳为:A细胞质膜外层的重要组成,提供结构上的稳定和强度B细胞表面标记和抗原及免疫学功能C参与细胞-细胞间相互作用和识别D分化标志E参与细胞生长调节,癌变和信息传递F与生物活性因子的相互作用G影响细胞质膜蛋白的功能H参与细胞粘附(四)糖脂与疾病(四)糖脂与疾病 1.1.糖脂的先天性代谢紊乱:糖脂的先天性代谢紊乱:由于参与鞘糖脂降解代谢的某一个水解酶或其激活蛋白脂的先天性损伤,没有被降解的鞘糖脂在体内异常堆积,导致一类被统称为鞘糖脂贮积症的遗传性疾患。如Fabry 病(X 染色体伴性遗传)2.2.糖脂与恶性肿
27、瘤:糖脂与恶性肿瘤:1.恶性肿瘤中糖脂的异常表达2.糖脂与致癌和肿瘤转移的关系 肿瘤转移是癌细胞与宿主细胞相互作用的结果,细胞表面糖链可能是决定肿瘤转移性的一个因素:a转移性不同的癌细胞变异株与凝集素的结合性也不同,b用糖链合成的抑制剂对癌细胞的糖链进行修饰,可改变其转移性,c含唾液酸糖链的增加与之相对应的WGA(麦胚凝集素)结合性的提高和高转移性有关,3.3.肿瘤相关糖脂(肿瘤标志物)在肿瘤诊断和治疗肿瘤相关糖脂(肿瘤标志物)在肿瘤诊断和治疗方面的应用。方面的应用。(1 1)CA19-9CA19-9 SW-1116人结肠癌抗原制成的单克隆抗体19-9所识别的抗原。(2 2)CA-50CA-5
28、0和和CA-242CA-242 CA-50是用结、直肠腺癌细胞系COLO205免疫小鼠得到的单克隆抗体C-50所识别的肿瘤相关糖脂抗原。CA-242也是一种肿瘤相关神经节苷脂(3 3)岩藻糖基化的岩藻糖基化的GM1GM1 被认为是小细胞肺癌的一个肿瘤相关糖脂抗原(4 4)GM3GM3,GD3GD3,GM2GM2和和GD2GD2 是黑色素瘤的肿瘤相关糖脂抗原,都是神经节系列的神经节苷脂。GD3、GM3、GD2等黑色素瘤相关神经节苷脂已被证明是单克隆抗体进行被动免疫治疗和用疫苗进行主动免疫治疗的适宜对象。4.4.糖脂用于肿瘤治疗方面的新趋势糖脂用于肿瘤治疗方面的新趋势(1 1)用于抗粘附治疗)用于
29、抗粘附治疗 糖脂介导的肿瘤细胞黏附是肿瘤转移中关键的一步,所以抑制由糖脂介导的细胞间相互作用可能是最有效的防治肿瘤细胞黏附的办法。(2 2)糖脂用于矫正信号传导治疗)糖脂用于矫正信号传导治疗外源加入低于毒性剂量的GM3、溶血GM3或二甲基鞘氨醇对许多细胞都有强烈的生长抑制作用,很可能是抑制EGF-RK 或PKC 起作用。5.5.糖脂与神经疾患糖脂与神经疾患(1 1)糖脂与滋生免疫性神经疾患)糖脂与滋生免疫性神经疾患1 脱髓鞘性多发性神经疾患2 运动神经元疾患、肌萎缩性脊髓侧索硬化等神经疾患3 感觉神经疾患(2 2)Alzheimer Alzheimer 病(简称病(简称ADAD)与糖脂与糖脂
30、AD 是德国神经科医生Alzheimer 于1907年首选报道的一种无明显病因(如炎症、脑肿瘤、多发性梗塞等)的进行性痴呆症。分为I型AD(早发型,发病在65岁之前)和II型AD(晚发病,发病在65岁以后)。试验表明AD患者脑中的神经节苷脂显著减少,与对照组相比,I型AD患者脑的额皮质和尾核中神经节苷脂都减少约30%,而II型患者脑的这两个部位神经节苷脂没有减少。进一步的研究表明在I型AD 中,主要是突触减少,而在II型AD中,主要是白质中髓质的减少和颞叶中严重的脱髓鞘和脑苷脂减少。糖基磷脂酰肌醇化蛋白及有关糖复合物在生物体内除了糖类和蛋白质、糖类和脂类形成糖蛋白和糖脂两大类复合物外,还存在着
31、蛋白质、脂类和糖链三者共价连接的更为复杂的糖复合物,它们就是糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol,GPI)化蛋白。(一)糖基磷脂酰肌醇化蛋白及有关糖复合物(一)糖基磷脂酰肌醇化蛋白及有关糖复合物 的结构和分布的结构和分布 GPI化蛋白质共同的基本结构可以分为3部分:糖链、肌醇磷酸糖链、肌醇磷酸和插入脂双层内的长脂肪链长脂肪链。长脂肪链的结构以及和肌醇磷酸的连接方式可以有所不同。除少数例外,几乎所有的长脂肪链均是和甘油连接,两者的连接方式可以脂键相连形成脂酰甘油,也可以是通过醚键相连。带有GPI的蛋白质分布很广,根据它们的性质可以分为以下几种:1 细胞表面的水
32、解酶。来自哺乳动物组织的碱性磷酸酯酶;乙酰胆碱酯酶(AChE);猪肾的二肽酶等。2 原虫外表的抗原蛋白。一些锥虫的可变的表面糖蛋白(VSG)和原周期酸性再现蛋白(procyclic acidic repetitive protein,PARP);疟原虫裂殖体的表面抗原和蛋白酶等。3 淋巴样抗原。脊椎动物脑和啮齿类胸腺细胞上的Thy-1;大鼠T淋巴细胞的RT-6和小鼠T淋巴细胞的Thy-6及Qa-2等。4 粘着分子。神经原上的N-CAM-120;人淋巴样细胞和红细胞上的LFA-3;大鼠肝上的硫酸类肝素蛋白聚糖等。5 其他。人血细胞和其他组织的衰变加速因子(decay accelerating f
33、actor,DAF,也称CD55,一种补体调节因子);肝癌细胞的糖蛋白;人癌胚抗原(CEA);大鼠肾叶酸结合蛋白等。6 GPI化的小肽。在小细胞肺癌细胞有一种主要的表面抗原,和GPI相连的不是大分子的蛋白质,而是由3135个残基构成的肽链,它可作为CD24信号传导分子(signal transducing molecule)(二)糖基磷脂酰肌醇化蛋白及有关糖复合物生物学功能糖基磷脂酰肌醇化蛋白及有关糖复合物生物学功能1 1 GPIGPI蛋白的生物学功能蛋白的生物学功能:已知含GPId蛋白中研究较多的是一些寄生性原虫(特别是锥虫)表面的VSG。这些寄生性原虫都有一层由VSG组成的外套,其作用是大
34、分子的扩散屏,保护原虫不受来自宿主的溶解作用的成分所降解。2 2 GPIGPI糖复合物的生物学意义:糖复合物的生物学意义:利斯曼原虫表达脂磷酸聚糖(LPG)对自身的生存和感染非常重要。1.LPG的重复糖链长度和感染能力相关,无感染能力的阶段,糖链较短,有感染能力的阶段糖链增长。2.在宿主体内的补体C3可和糖链结合,继而激活C5C6。激活的补体体系可以破坏无感染能力的原虫,但是不能杀伤有感染能力的原虫。同时经C3b 调理过的原虫能有效粘着在巨噬细胞表面并进入细胞内。3.在宿主细胞内LPG还能使原虫较长时间地成活,在细胞内仍然成活是因为LPG表面的负电荷,使得一些酶无法使寄生虫降解;同时LPG也可
35、能通过抑制PLC的活性和清除活性氧中间物,进而影响细胞内有杀菌效用的氧爆破过程。3 3 与与GPIGPI蛋白有关的疾病蛋白有关的疾病:阵发性夜间血红蛋白尿症阵发性夜间血红蛋白尿症(paroxysmal nocturnal hemoglobinuria,PNH)是人类的一种和GPI蛋白有关的疾病。是一种获得性溶血性贫血,其病因是缺少作为补体调节蛋白的衰变加速因子(DAF)和补体C8的结合蛋白。这两者都是GPI蛋白,它们均可阻止补体激活所致的溶血。除了红细胞因GPI装配或转移引起疾病外,其他细胞的表面也发现有GPI生物合成的障碍。例如辐射诱导的Tl淋巴瘤细胞株、Thy-1阴性的亚细胞株;因c-H-
36、ras癌基因也能使NIH3T3细胞的Thy-1和其他GPI蛋白明显降低,而以肽段穿越膜的蛋白并没有受到影响。在另一些疾病中却有相反的情况,即病变时GPI蛋白的浓度升高,在细胞表面的定位也发生改变。癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)是一个例子。凝集素凝集素(lectin)凝集素是自然界广泛存在的一大类非免疫来源的、无糖酶活性的、多价的糖类结合蛋白。因为这类糖结合蛋白的一个最简易的测定方法就是能使血细胞凝集,故而称为(血细胞)凝集素。(一一)凝集素的分布凝集素的分布 凝集素在自然界中广泛存在,从动物、植物和微生物中都已分离到。植物凝集素是分离纯化与研究糖复合物结构
37、和功能十分有用的工具,同时也是阐明糖类和蛋白质相互作用的理想模型。相对来说,动物凝集素和微生物凝集素的系统研究历史较短,但进展较快。这主要是由于它们的生物学意义比较明确,与医学的关系密切。(二)凝集素的分类(二)凝集素的分类 以单糖的结合专一性为分类依据,把凝集素分为四大类:对葡萄糖/甘露糖转移的;对半乳糖/N-乙酰氨基半乳糖专一的;对L-岩藻糖专一的;对壳二糖专一的。从来源进行分类也是一种常用的方法,可按动物、植物和微生物等不同来源分类。按凝集素的结构分类是另一种方法。1 1 动物凝集素动物凝集素目前动物凝集素大致可分为四个比较明确的类型,它们是:C类、S类、P类和正五角蛋白类。C类动物凝集
38、素是因其活性和钙离子有关,其以及结构中要含有C类动物凝集素的糖识别域(CRD)。Se凝集素是一类和白细胞的运行密切有关的C类动物凝集素,与各类白细胞的粘着密切有关,因此也被命名为CD62。根据它们的存在情况可分为L、E、P三种。2 2 微生物凝集素微生物凝集素3 3 BEABEA类毒素类毒素这类毒素结构上分为三部分:结合部位、进入细胞有关的部位和致毒的活性部位。(三)以凝集素为基础的药物和凝集素在糖(三)以凝集素为基础的药物和凝集素在糖生物学中的应用生物学中的应用1细菌和病毒感染的防治2抗炎药物的设计3“生物导弹”的研制4凝集素在糖生物学中的应用用凝集素用凝集素(lectin)lectin)检
39、测检测N-N-糖链改变糖链改变(1)凝集素:刀豆凝集素/伴刀豆球蛋白 ConA 麦胚凝集素 WGA 要求含NeuAc 桔果粉孢凝集素 AAL 对核心Fuc专一 小扁豆/兵豆凝集素 LCA 同上 E/L型红腰豆凝集素 E-PHA/L-PHA 梦陀罗凝集素 DSA(常用)美洲商陆促红细胞分裂素 PML 天冬豆凝集素 LTA DSA只结合多天线和偏二天线,C2C6分支者强结合,不结合C2C2 二天线和单天线的糖链。ConA恰恰结合C2C2二天线和单天线链。DSA和ConA为目前肿瘤诊断中常用,因为天线数目和分布位置 改变是肿瘤蛋白N-糖链最常见变化之一。(2)测定方法:a.凝集素亲和电泳b.Ab凝集
40、素酶免疫测定(ALEIA)c.凝集素亲和层析(3)应用:a.HCC(AFPALP)b.肾细胞癌(-GT)c.滋养层细胞恶性肿瘤(HCG)d.大肠癌(O-连接)糖组和糖组学糖组和糖组学糖组糖组:单一生物体中的整套聚糖。糖糖组组学学:研究生物体内糖组形成过程、作用机制及其功能的一门学科。糖组与基因组、蛋白质组的区别糖组与基因组、蛋白质组的区别 1.基因是由4种核苷酸构成,所有生物的基因组可用同样方式表述。如不发生突变,一个生物体的基因组是不变的。2.同一个基因可产生多种相关但又不同的蛋白质,不同生物体的蛋白质组虽各不相同,但它们的结构可从基因组推断。不同生物体中的糖组则无法统一,更无法由基因组推断
41、,且不同生物体内糖组的可比性也极小。蛋白质糖类可以认为是基因信息传递的延续。在蛋白质的肽链上可以挂上糖链,成为糖蛋白,使蛋白质具有更多的特性和功能。同样结构的聚糖又可接到不同的载体上,形成不同的糖复合物:糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等。糖糖链链的的形形成成和和改改变变:糖链的形成和改变离不开糖基转移酶,而糖基转移酶都是蛋白质,同样是由对应的基因编码表达的。一些疾病发生时,某些糖基转移酶基因的开与关,导致了相关糖基转移酶的存在或消失,最终也改变了糖链的结构。糖糖链链功功能能的的完完成成:糖链的功能并不能自我完成,而是通过糖和另一类重要的生物分子糖结合蛋白(其中一些经常被称为凝集素)相互作用完成的。由此
42、可以看出,糖组学的研究与蛋白质组学的研究是密不可分的,糖糖组组学学可可以以看看成成是是基基因组学和蛋白质组学的延伸。因组学和蛋白质组学的延伸。糖组的研究方法糖组的研究方法日本科学家指出,以糖蛋白为对象的糖组研究应该得到一些可以表征所研究糖蛋白的特定参数。第一,作为糖肽原料的起始蛋白质对应基因在测定时的粘粒编号(cosmid ID);第二,糖肽的分子量;第三,糖肽对一组凝集素的结合时的解离常数(Kd)。糖组学研究的技术糖组学研究的技术质谱技术(MassSpectrophotometry):测定糖肽的分子量。毛细管电泳(capillaryelectrophoresis):研究蛋白聚糖中的糖链。凝集
43、素亲和层析(affinitychromatography):蛋白质不同糖形的分离。表面粒团共振(surfaceplasmonresonance,SPR):定量测定生物分子间的结合常数及有关的动力学过程。表面增强激光解析电离化(surface enhanced laserdesorptionionization,SELDI)-飞行时间(timeoffight,TOF)质谱:测定糖蛋白和糖肽的分子量。糖类和糖蛋白构建的芯片:一些常规的仪器和技术:糖组和糖组学的相关网站http:/www.glycofrum.gr.jphttp:/www.glycome.unh.eduhttp:/glycob.oupjournals.orghttp:/mbl.pharma.hr/bmb/glyco2001.htmhttp:/ 糖生物学糖生物学习题习题 1简述蛋白多糖与糖蛋白的异同点。2简述蛋白多糖与糖蛋白各自的生物 学功能。3举例说明蛋白多糖与糖蛋白在病理 情况下的变化。4常用的检测糖蛋白的寡糖链的 方法有哪些?
限制150内