糖蛋白

TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第二章糖蛋白(Glycoproteins)整合蛋白外周蛋白TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第一节糖蛋白的基本概念糖蛋白(Glycoprotein)是指由比较短、往往带有分支的寡糖链与多肽链通过共价连接而成的一类糖复合物。其特点是蛋白质含量较多，糖所占比例变化大，表现为蛋白质的特性。糖蛋白在生物体内种类繁多，广泛分布在动物、植物、微生物的细胞膜、细胞间质、细胞外液、溶酶体、血浆、以及粘液和病毒中。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY细胞中的糖蛋白有可溶性的，也有与膜结合的不溶形式，生物体内大多数蛋白质都是糖蛋白。其中包括：动物血清的转铁蛋白，免疫球蛋白等；细胞间质中纤连粘蛋白，层连粘蛋白等；促绒毛膜性腺激素，促甲状腺素等激素；糖蛋白的基本概念TOOLSFORGLYCOBIOLOGY红细胞生成素，白细胞介素等；生长因子和细胞因子等粘蛋白；多种酶类：如真菌分泌的高峰淀粉酶、转化酶等。牛、羊、猪的胰核糖核酸酶都是糖蛋白，糖的含量分别为9.4%，9.8%和38%，而鹿和大鼠的此种酶却不含糖。糖蛋白的基本概念TOOLSFORGLYCOBIOLOGY糖蛋白具有多种生物学功能和生理学效应，在生命体受精、发生、发育、分化、神经系统、免疫系统过程的控制，在炎症及自身免疫疾病、老化、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等过程中起着重要的作用。糖蛋白的基本概念TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第二节糖蛋白的组成和结构糖蛋白分子由多肽链和糖链两部分组成，其中包括：N-连接糖蛋白和O-连接糖蛋白。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY糖蛋白的组成和结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY糖蛋白的组成和结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、N-连接糖蛋白定义：糖链的N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)或N-乙酰半乳糖胺(GlaNAc)与多肽链的天冬酰胺(Asn)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-聚糖(N-Glycan)。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子(其中X是除脯氨酸外的任一氨基酸)称为糖基化位点。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY1、N-糖苷键结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGYN-聚糖主要分为三种类型：复合型、杂合型和高甘氨酸型。它们都有共同的五糖核心结构；糖链与多肽链之间的共有序列为：Asn-X-Ser/Thr2、N-糖链(N-Glycan)TOOLSFORGLYCOBIOLOGY核心结构高甘露糖型复杂型杂合型N-连接糖链结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY实框内结构为所有N-糖链共同的核心五糖，虚线框内结构为高甘露糖型链共同的核心七糖。框外的结构随糖链而变化。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY定义：糖链的N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)与肽链的Ser/Thr残基上的羟基氧原子连形成糖苷键，糖链为O-连接糖链，也称O-聚糖(O-Glycan)。连接点的结构:GalNAc-O-Ser／Thr二、O-连接糖蛋白TOOLSFORGLYCOBIOLOGY1、O-糖苷键结构TOOLSFORGLYCOBIOLOGY2、O-糖链(O-Glycan)O-聚糖与N-聚糖相比有多种结构形式，可延伸为多种不同核心结构的类型。已发现的有GalNAc-Ser/Thr，GlcNAc-Ser/Thr，Gal-Ser，Xyl-Ser，Man-Ser/Thr等8种。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY第三节糖蛋白的生物合成一、概述生物合成的特点糖基的受体糖基的供体糖基转移酶TOOLSFORGLYCOBIOLOGY1、生物合成的特点糖链的生物合成和肽链、多聚核苷酸的生物合成有本质的不同。肽链、多聚核苷酸的生物合成基本上都是有模板的，而糖链的合成是没有模板的，糖涟的生物合成是由糖基的受体、糖基的供体和糖基转移酶这三类分子协调完成的。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY2、糖基的受体糖蛋白的肽链在糖基化过程中，第一糖基的受体通常是肽链中特定位置的氨基酸残基。此后糖链延伸时，糖基的受体则是新接上的糖基。蛋白质的肽链上有很多氨基酸可以作为糖基化的位点。N-糖链是接在天冬酰胺侧涟的酰胺氮上。O-糖链是接在丝氨酸或苏氨酸残基侧链的羟基氧上。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY3、糖基的供体游离单糖不能作为糖基转移酶所用的糖基供体，一定要经过活化。常见的糖基活化方式有两种：(1)核苷酸的形式(UDP-GlcNAc)(2)磷酸长萜醇(Dol-P)的形式TOOLSFORGLYCOBIOLOGY长萜醇是聚异戊二烯的衍生物作为糖基的载体TOOLSFORGLYCOBIOLOGY4、糖基转移酶糖基转移酶是糖类生物合成的中非常重要的酶类，它们对糖基的供体和糖基的受体都有高度的专一性。糖复合物中糖链结构的复杂性，致使糖链的生物合成需要多个糖基转移酶的协同作用，前一个糖基转移酶的产物，是后一个糖基转移酶的底物。一个糖苷键对应了一个糖基转移酶，进而对应了一个基因，一条糖链则对应了一组糖基转移酶，进而也对应了一个基因组。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY糖苷酶的作用是从前体将特定单糖剪切掉，变为合成糖链的中间体。糖基转移酶的作用是逐个将单糖加到特定的前体的特定位置上。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY1、N-糖肽链的糖基化位点N-糖链是接在天冬氨酰侧链的酰胺氮上。特定的氨基酸序列，Asn-X-Ser/Thr。2、N-糖肽链的生物合成场所N-糖肽链的合成是在粗糙内质网和高尔基体中进行的。多数糖基化的蛋白质被分泌到细胞外或定位在细胞质膜上，但是一些带有磷酸化糖链的蛋白质则绝大多数被分拣投送到溶酶体中。二、N-糖肽链的合成TOOLSFORGLYCOBIOLOGYN-糖肽链的合成几乎所有在内质网上合成的蛋白质最终都被糖基化。糖基化的作用是：①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；②赋予蛋白质传导信号的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确的折叠和生物学活性。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY3、N-糖肽链合成的基本步骤(1)多萜醇(Dol-P)寡糖前体的合成；(2)多萜醇寡糖前体向新生肽的转移；(3)N-糖肽链后加工；(4)N-糖链链成熟加工。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY衣酶素TOOLSFORGLYCOBIOLOGYN-糖肽键连接成糖蛋白的加工过程TOOLSFORGLYCOBIOLOGY(1)多萜醇(Dol-P)寡糖前体的合成TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY(2)多萜醇寡糖前体向新生肽的转移寡糖基转移酶TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY(3)N-糖肽链的后加工TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY(4)N-糖肽链的成熟加工TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY三、O-糖肽链的合成O-糖肽链的结构比N-糖肽链简单，但是合成的糖肽链种类比N-糖肽链多。肽链中可以糖基化的主要是丝氨酸和苏氨酸，此外还有酪氨酸、羟赖氨酸和羟脯氨酸，连接的位点是这些残基侧链上的羟基氧原子。通常是GalNAc和丝氨酸或苏氨酸残基连接成O-糖肽链(O-GalNAc)。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYO-GalNAc糖肽链的生物合成场所：O-GalNAc糖肽链的生物合成场所是在高尔基体中。通常第一个连接上的糖单元是N-乙酰半乳糖胺，连接的部位是Ser或Thr的OH基团，然后逐次将糖基转移上去形成寡糖链，糖的供体同样为核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYO-糖肽键连接成糖蛋白的加工过程TOOLSFORGLYCOBIOLOGYThebiosyntheticpathwaysofO-glycansAandpoly-N-acetyllactosaminylO-glycansBTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY第四节糖蛋白的生物学功能TOOLSFORGLYCOBIOLOGY一、糖链对糖蛋白功能的影响糖蛋白中蛋白质是生理功能的主要承担者，糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和生物活性起修饰作用。(1)糖链对糖蛋白新生肽链的影响：参与新生肽链的折叠并维持蛋白质的正确的空间构象；糖蛋白在细胞内的分栋和投送。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY糖链对糖蛋白功能的影响(2)对糖蛋白的生物活性的影响:维持糖蛋白结构的稳定，抵抗蛋白酶水解，延长其半衰期。(3)参与分子的识别作用:糖链与蛋白质的相互作用介导细胞的专一性识别和各种生命过程的调控。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY二、免疫功能在各种免疫细胞表面有大量标志性物质-细胞因子，它们大多数为糖蛋白。它们能诱导抗体产生，活化吞噬细胞，调节淋巴细胞和天然杀伤细胞的功能，激活补体等。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY免疫功能大量岩藻糖基化的糖蛋白出现，可提供细胞免疫的特征性信息，并参与和促进两种细胞间的膜粘连作用,进而介导膜融合，引发巨噬细胞对将死亡或已死亡胸腺细胞的吞噬作用。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY三、识别功能流感病毒的血凝素可专一性识别人体细胞表面唾液酸化的寡糖链;大肠杆菌外源性凝集素识别宿主细胞富含甘露糖的膜糖蛋白;霍乱毒素(毒糖蛋白)能特异性识别宿主细胞膜上神经节苷酯分子。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY识别功能受精过程是由糖蛋白介导的过程，卵膜上的受体蛋白和精子凝集素均属糖蛋白,其中寡糖链是精子与卵子在细胞水平上相互识别的主要结构,糖链携带的信号是不同物种间相互区别的主要标志,构成了保持种内遗传延续抑制种间受精活动的首道防线。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY四、血型血型是指血红细胞膜上具有不同类型寡糖链的糖蛋白和糖脂分子与相应的血清抗体所构成的识别体系。在ABO血型中，膜糖蛋白的肽链部分基本相同,糖链也只有微小差异(糖链非还原端一个单糖的差异),但生理功能的差别极大。TOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGYTOOLSFORGLYCOBIOLOGY五、宿主-病原体相互作用植物细胞壁在受到病原体侵袭时,可产生一类特殊的寡糖素,可专一性刺激并诱导相关基因,表达合成不同特性的防卫分子，如植物抗毒素、蛋白水解酶抑制物、几丁质酶以及植物激素等。在不同层次上起到抗病、防病、愈合保护等作用。宿主细胞表面糖链的特定糖基可被病原体识别，使病原体的表面糖链也可掩盖其下面的抗原结构，而使其免于被宿主细胞识别等功能。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY糖蛋白的生物学功能TOOLSFORGLYCOBIOLOGY第五节糖蛋白与疾病细胞外或质膜上的糖蛋白都要通过内吞途径被传送到溶酶体中进行降解。在蛋白水解酶和糖苷水解酶的作用下，糖蛋白才能被彻底降解。如果某种水解酶的缺失，就会导致这种酶的底物的堆积，这就是所谓的代谢性的糖链增多症。糖链增多症也称为溶酶体贮积性疾病(1ysosomalstorasediseases)。TOOLSFORGLYCOBIOLOGY在肿瘤细胞表面，观察到含有岩藻糖大分子质量糖肽出现和增加。这种结构与肿瘤细胞的恶性行为相关。恶性肿瘤细胞特有的糖蛋白中富含大量唾液酸，与麦胚凝集素具有极高的亲合力。糖蛋白与疾病TOOLSFORGLYCOBI