第三章-糖蛋白课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,*,页,单击此处编辑母版标题样式,第三章 糖蛋白,3.1 糖复合物中常见的单糖及其衍生物,3.2,糖蛋白,3.1 糖复合物中常见的单糖及其衍生物,糖复合物的概念,糖基化作用,糖复合物中常见的单糖及其衍生物,1.糖复合物(glycoconjugate),：,单糖、寡糖或多糖链在酶的催化下与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位共价结合形成的化合物，叫糖复合物。,糖复合物种类：糖蛋白、蛋白聚糖、脂多糖、糖脂等。,2.糖基化作用,（glycosylation),：,单糖、寡糖或多糖链在酶的催化下与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位共价结合形成糖复合物的过程，叫糖基化作用,3.2 糖蛋白,4.2.1 糖蛋白通论,4.2.2 糖蛋白中糖链的结构特征,4.2.3,糖基化位点与肽链氨基酸序列,4.2.4,糖链的微观不均一性,（糖型）,4.2.5,糖蛋白中糖链的代谢,3.2.6,糖链的生物学功能,4.2.7,两种糖蛋白介绍,3.2.1 糖蛋白通论,糖蛋白（Glycoproteins）的概念:,自然界中分布最广的一类糖复合物，几乎所有的细胞都能合成糖蛋白，由,短链寡糖,与,蛋白质共价,相连而成。,分子大小：15-1000kDa,含糖量：少则不到5，多达50。,功能：复杂多样,3.2.2 糖蛋白中糖链的结构特征,糖链的结构简介,N-,连接糖链（,N-,糖链）,O-,连接糖链（,O-,糖链）,O-,GlcNAc,糖基化蛋白,复杂型N-糖链结构的说明,单天线结构含量少；,二天线结构的两条分支链可以与核心五糖中的一个甘露糖相连；也可以分别与两个甘露糖相连；,复杂型N-糖链的中还可以连接其它多种单糖，如连接NeuAc（N-乙酰神经氨酸，唾液酸），L-Fuc,Gal等，有的还含有Gal14GlcNAc的重复结构。,3、O-连接糖链（O-糖链）,O-糖链的结构比N-糖链简单，但连接形式远比N-糖链多。,4.O-GlcNAc糖基化蛋白,该类蛋白有三个显著特点：,糖基化位点上只连接1个GlcNAc糖基,糖基化处于一种动态平衡中,仅存于细胞核和细胞质内,3.2.3 糖基化位点与肽链氨基酸序列,1、N-糖链糖基化位点与肽链氨基酸序列,与N-糖链相连的肽链氨基酸序列特征为：,Asn-X-Ser或Asn-X-Thr(X残基是Pro外的氨基酸）,上述序列只是一个潜在的N-糖基化位点，是否糖基化还要看肽链的空间结构，一般上述序列多处于转角处时（在蛋白质分子表面），才可以糖基化,序列中的X为极性氨基酸残基时，糖链常为复杂型N糖链；如X为非极性氨基酸残基时，糖链常为高甘露糖型N糖链.,2、O-糖链糖基化位点与肽链氨基酸序列,特征结构序列不清；,糖基化位点多在蛋白质分子表面；,位点附近常出现Pro；,Ser/Thr比较集中存在,与O-GalNAc,连接糖链相连的氨基酸序列有;,-T-X-X-X-,其中有1个X为Thr；,-X-P-X-X-X-，其中有1个X为Thr；,-X-X-T-X，其中有1个X为碱性氨基酸；,-S-X-X-X-，其中有1个X为Ser。,3.2.4 糖链的微观不均一性（糖型）,糖链的微观不均一性（糖型）（glycoform),：生物体内出现的具有相同肽链和不同糖链结构的同种糖蛋白的现象。,糖型出现的原因：糖链自身合成的差异；,如牛胰核糖核酸酶（BP-RNase)有四种：,BP-RNaseA:不含糖链,BP-RNaseB：在34位上的Asn连接有高甘露型的N-糖链；,BP-RNaseC与BP-RNaseD：在34位上的Asn连接有复杂型的N-糖链；,糖链的微观不均一性（糖型）可表现为多种形式：,在同一糖基化位点连接不同糖链；,有的糖基化位点是非保守的位点；,有多个糖基化位点，但不是每一个糖基化位点都在任何情况下都被糖基化,3.2.5 糖蛋白中糖链的代谢,1.糖链合成的基本特点,糖基供体,糖基接受体,糖基转移酶,2.N糖链的合成,3.O糖链的合成,4.溶酶体酶的糖基化,5.,糖链的降解,1.糖链合成的基本特点,糖基供体：合成糖链的单糖的活化形式有两种,磷酸长萜醇形式：长萜醇（dolichol,Dol)是聚异戊二烯的衍生物，一侧的羟基通过磷酸基与糖基相连，如Dol-PP-Man;,D,ol,-PP-GlcNAc,动物体内：含异物二烯可多达21个，含有羟基的异戊二烯被氢化；,细菌体内：含异物二烯11个，所有的异戊二烯均是不饱和的；,核苷酸形式：如GDP-Man,UDP-GlcNAc;,UDPG,糖基接受体:,Asn侧链的酰胺基；,Ser/Thr的羟基；,鞘氨醇或脂酰甘油的羟基,注意：,要求肽链上的糖基化位点要有一定的氨基酸序列和特定的立体结构；,Ser/Thr的羟基上可连接多种糖链，甚至是磷酸基；,糖基转移酶：,是糖链合成的中心环节，其对糖基供体和受体都有高度的专一性；,一条糖链的合成需要一组糖基转移酶按一定次序先后发挥作用来完成；,不同种属的生物，同一生物的不同组织，同一组织或细胞的不同发育阶段，不同的生理和病理状态下其糖基转移酶的表达差异很大，因而导致糖型的出现。如运铁蛋白，正常人糖链中90以上是二天线N糖链，而肝癌病人二天线N-糖链比例明显下降，三天线糖链和核心岩藻糖链比例明显增加。,一个基因对应一个糖苷键,2.N糖链的合成,N-糖链的合成与肽链的合成同时进行,合成部位,是粗面内质网和高尔基体；,N-糖链的合成的抑制剂是衣霉素,N-糖链的生物合成步骤,合成以酯键相连的寡糖前体（G寡糖）,将前体转移到正在增长着的肽链上,除去前体的某些糖单位,在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子,G-寡糖,G-寡糖(G-oligosaccharide),：在合成,N-糖链时，首先在粗面内质网中合成多萜醇焦磷酸十四糖这一共同前体，这个共同前体叫G-寡糖。,Glc,长醇焦磷酸寡糖的合成,首先细胞内合成长醇（又叫多萜醇），长醇是由异戊二烯单元组成，其与CTP反应，并以磷酸长醇的形式整合到内质网膜上（13）,两分子的GlcNAc结合到磷酸长醇上（1）,5分子的Man甘露糖结合上（2）,寡糖链翻转到内质网内腔（3）,甘露糖与另一分子磷酸长醇结合（4），并翻转到内质网内腔（5）,4个甘露糖继续结合到寡糖链上（6）,葡萄糖与另一分子磷酸长醇结合（7），并翻转到内质网内腔（8）,3个葡萄糖继续结合到寡糖链上（9）,长醇焦磷酸上的寡糖链转移到天冬酰胺上。（10）,糖蛋白在高尔基体的加工,顺式高尔基体,反式高尔基体,半乳糖,唾液酸,糖蛋白在高尔基体的加工,伴翻译（co-translation),:N-糖链合成是和蛋白质肽链的合成同时进行，所以被称为伴翻译。,糖蛋白在内质网和高尔基体中，在糖基转移酶和糖苷水解酶的共同作用下，加工为成熟的糖蛋白。,N-糖链合成的终止信号是什么，目前仍不清除，一般认为糖链上接上岩藻糖基和唾液酰基，糖链合成就终止。,3.O糖链的合成,O-糖链的合成在肽链合成之后合成；,O-糖链结构简单，但缺乏明显的规律性，其中O-GalNAc糖链研究多，,场所因细胞和组织而异,无共同的前体，在肽链的特定位点糖基按次序逐个连接形成；,合成的调节复杂。,O-GalNAc糖链的合成：,狗颌下腺O-连寡糖的合成,4.溶酶体酶的糖基化,溶酶体酶的投送(动画）,粗面内质网上合成并进行N-糖链的糖基化修饰；,在顺式高尔基体中进行甘露糖的磷酸化，形成Man-6-P，,被反式高尔基体中的Man-6-P受体识别，使其与其它酶分开，并得以浓缩；,以出芽的方式转运到溶酶体。,Man-6-P的合成,5.糖链的降解,糖蛋白中的糖链在溶酶体中进行降解。,一般由不同的糖苷水解酶从非还原端逐个将糖基水解下来。糖肽键则由专一的糖苷水解酶水解。,O-糖链的水解：,一般情况是糖链和肽链的降解同时进行，但当糖链含唾液酸多时，糖链则先水解。,N-糖链的水解,3.2.6 糖链的生物学功能,参与新生肽链的,折叠和缔合,如,N-,糖链前体,G,寡糖中,Glc,与肽链的折叠密切相关；,参与糖蛋白的,转运,（分拣和分泌）：如溶酶体酶如果缺乏,Man-6-P,不能转运到溶酶体,保护糖蛋白：如血浆老蛋白的,清除,。,某些糖链是维持糖蛋白,活性,所必需；如用衣霉素处理溶酶体,葡萄糖苷酶，不表现催化活性；,参与细胞（分子）间的,相互作用,：,受体配体结合、精卵识别和结合、细胞粘着、病原体侵袭等。,如：G-寡糖在内质网中受葡萄糖苷酶,、作用相继除去3个,Glc基，但如果肽链折叠不正确，则在UDP-Glc：糖蛋白葡萄糖基转移酶的作用下重新再接上一个Glc，然后与钙连蛋白识别并结合，钙连蛋白具有分子伴侣的作用，促进肽链的折叠，而后钙连蛋白脱离糖蛋白肽链，同时在,葡萄糖苷酶作用下重新水解下,Glc，并从内质网转运到高尔基体。,糖蛋白在高尔基体的加工,顺式高尔基体,血浆老蛋白的清除,血浆中的很多蛋白质是以唾液酸残基为末端的N-糖链的糖蛋白，称唾液酸糖蛋白。其切除唾液酸后，蛋白即被运到溶酶体消化掉。,几个概念,分子识别(molecular recognition),：指生物分子的选择性相互作用，例如抗原与抗体之间、酶与底物或抑制剂之间、激素与受体之间的专一性结合。,细胞识别(cellular recognition),：是细胞表面分子的相互识别。,受体(receptor),：指位于细胞膜上、细胞质或细胞核中能与来自胞外的生物活性分子（信号分子）专一结合并将其带来的信息传递给效应器（离子通道、酶），从而引起相应生物学效应的生物大分子。,配体(ligand),：被受体识别并结合的生物活性分子称为配体。,几个概念,细胞粘着(cell adhesion),：多细胞生物中细胞有相互识别而聚集成细胞群的能力。,细胞粘着的原因：在细胞之间充满着糖蛋白（胶原蛋白、纤连蛋白、层连蛋白）、蛋白聚糖、透明质酸等组成的胞外基质，它们形成一个连续的立体网络结构，细胞就交织或浸泡在其中，细胞与细胞、细胞与胞外基质之间的连接是通过细胞膜上的膜内蛋白如整联蛋白、钙粘着蛋白、血管地址素选择蛋白（以上蛋白质称为粘着分子或粘着蛋白）等分子而完成的，这些粘蛋白大多是含N-糖链的糖蛋白。,糖蛋白的种类,根据糖蛋白的分布与功能不同：,粘液糖蛋白：如消化道分泌的粘液蛋白：如颌下腺粘蛋白、胃粘液蛋白。,血清糖蛋白：激素蛋白，如促黄体激素；运铁蛋白；参与凝血和纤溶的凝血酶原、纤溶酶原；免疫球蛋白和补体；,结构糖蛋白：作为胞外基质的结构蛋白如胶原蛋白、层粘蛋白、纤连蛋白；,膜糖蛋白：血型抗原、组织相容性抗原、移植抗原、病毒和激素的膜受体。,糖蛋白的生物功能,酶活性：不同酶表现形式不同。,激素活性,免疫应答、炎症反应、肿瘤转移（凝集素）,血型物质,细胞粘着、精卵识别、物质运输,离子转运,血液凝固,结构支持,润滑作用,3.2.7 两种糖蛋白介绍,血型物质,外源凝集素,1.血型物质,凝集原,（agglutinogen):从红细胞膜中提取的血型抗原称为凝集原，又称为血型物质。,ABO血型系统的凝集原有三类。,同种红细胞凝集素（isohemagglutinin):存在于血清中，是凝集原的天然,抗体,。,同种红细胞凝集素有凝集素（又称为抗A凝集素）、凝集素（又称为抗B凝集素）。,不同凝集原中寡糖结构,凝集原与基因,不同的凝集原是由两种前体连接不同的糖形成的。,在第19对染色体上有一个基因，称为H基因，该基因编码-1，2-L-岩藻糖基转移酶，它将L-岩藻糖以1，2连键与血型前体糖链非还原端Gal 残基连接，使前体转变为O抗原。,凝集原与基因,在第9对染色体上，也有一个基因，由三个复等位基因组成，I,A,、I,B,、i。I,A,或I,B,对i 为显性，I,A,和I,B,是共显性。,三者在碱基组成上的差异是：,I,A,与 i的差别为后者在编码区的5端缺失一个碱基，引起读码移位，产生无糖基转移酶活性的蛋白质；,I,A,与I,B,均由353个氨基酸组成，但在基因组成上存在四个碱基的差别，导致四个氨基酸的不同。,I,A,基因编码-1，3-N-乙酰半乳糖胺基转移酶,I,B,基因编码-1，3-半乳糖胺基转移酶,I,A,与I,B,基因组成上存在四个碱基的差别,2.外源凝集素（lectin),概念：外源凝聚素（凝集素或植物凝集素）是一类非抗体的蛋白质或糖蛋白，它能与糖类专一地非共价结合，并具有凝集细胞和沉淀聚糖和复合糖的作用。,凝集素的种类,凝集素按其来源分为,动物、植物和微生物,凝集素按单糖结合专一性分为多种：,如与Man/Glc,GlcNAcl、Gal、GalNAc、L-Fuc、Sia等结合。下表,S79,凝集素的结构,凝集素多为存在于不同生物体中的蛋白质或糖蛋白，多为膜蛋白。,凝集素可以与糖结合,，为多价，即有两个或多个糖结合部位。因而具有粘着及凝集细胞的作用。,凝集素与糖的结合，不同的凝集素表现不同，各自有其专一性，如上表。,凝集素的功能,凝集素的功能：,根瘤菌对宿主的选择性：植物产生凝集素,微生物对宿主的感染：细菌产生凝集素,动物凝集素产生的炎症反应、免疫应答，肿瘤转移等。,植物凝集素对动物红细胞的凝集作用，作为有丝分裂原，促进动物细胞培养的转化。,通过与糖结合参与体内细胞与细胞、细胞与分子以及分子与分子的粘着，进而产生一系列生物学效应如免疫应答，炎症反应，肿瘤转移等。,动物凝集素,动物凝集素目前有：,钙依赖的C型：,C型中与各类白细胞的粘着密切有关的凝集素称为,选择蛋白家族,（selectin family)。此家族已知有L、E、P三种选择蛋白。,L-选择蛋白（白细胞粘着分子、LAM-1）：存在于淋巴细胞及其他白细胞，主要作用使淋巴细胞归巢。,E-选择蛋白（ELAM-1）：内皮细胞白细胞粘着分子，存在于内皮细胞，参与炎症反应及癌细胞的扩散。,P-选择蛋白（PAD GEM）：存在于血小板及内皮细胞，存在于血小板的凝集素与血小板的凝聚、凝血、乃至血栓形成有关。,巯基依赖的S型,其他,选择蛋白的共有结构,糖类识别区,表皮生长因子域,补体调节域,跨膜域,C-末端域,习题,名词解释：糖蛋白（,Glycoproteins,）、,G-,寡糖,(G-oligosaccharide),、伴翻译（,co-translation),、,N-,糖肽键,糖蛋白中糖链的作用？,举例说明血型物质的含义是什么？说明血型物质的化学本质及细胞定位。,糖蛋白中,N-,糖链的合成部位及过程。,何谓糖链的微观不均一性（糖型）？出现的原因及表现如何？,