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1、第 四 章糖与复合糖Carbohydrate and Complex Carbohydrates,第一节 单糖、二糖与多糖 Monosaccharides,Disaccharides and Polysaccharides,糖即碳水化合物，其化学本质为多羟醛或多羟酮类及其衍生物或多聚物。,根据其水解产物，糖主要可分为三大类:,单 糖(monosacchride)寡 糖(oligosacchride)多 糖(polysacchride),一、单糖是体内多种代谢途径的参与者,（一）体内单糖可来自于外源摄入和糖复合物分解（二）单糖衍生物是体内多种代谢途径的中间物或产物（三）核苷酸单糖是复合糖合成的原
2、料,单糖是不能被分解成更小分子的糖，如葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)和核糖(ribose)等,常见醛糖,3C：甘油醛4C：赤藓糖、苏糖5C：核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖6C：阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、左洛糖、艾杜糖、塔罗糖、半乳糖,常见酮糖,3C：二羟丙酮4C：赤藓酮糖5C：核酮糖、木酮糖6C：阿洛酮糖、果糖、山梨糖、塔格糖,二、二糖是体内最常见的寡糖,由210个单糖以葡糖苷键连接而成的糖称为寡糖,常见的二糖有：,麦芽糖(maltose)：葡萄糖 葡萄糖,蔗 糖(sucrose)：葡萄糖 果糖,乳 糖(lactose)：葡萄糖 半乳糖,三、多糖是自然界糖类物质的主要存
3、在形式,由10个以上单糖通过糖苷键连接而成的线性或分支聚合物称为多糖,常见的多糖有：,淀粉(starch),糖原(glycogen),纤维素(cellulose),淀粉颗粒,（一）淀粉是植物细胞多糖的储存形式,-1,4糖苷键,-1,6糖苷键,目 录,（二）糖原是动物细胞多糖的储存形式,（二）糖原是动物细胞多糖的储存形式,*与支链淀粉相比，糖原的分支程度更高,-1,4糖苷键,-1,6糖苷键,目 录,第 二 节复合糖 Complex carbohydrates,复合糖主要包括糖蛋白(glycoprotein)、蛋白聚糖(proteoglycan)和糖脂(glycolipid)。糖蛋白和蛋白聚糖都由
4、共价连接的蛋白质和聚糖两部分组成。糖脂由聚糖与脂类物质组成。糖蛋白分子中蛋白质重量百分比大于聚糖；而蛋白聚糖中聚糖所占重量在一半以上。,概 述,特点：,蛋白质含量较多；含糖量变动大；聚糖结构差异显著。,一、各种糖蛋白的含糖量和聚糖结构差异显著,组成糖蛋白的分子中聚糖的单糖的种类葡萄糖(Glc)半乳糖(Gal)甘露糖(Man)N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)N-乙酰葡糖胺(GlcNAc)岩藻糖(Fuc)N-乙酰神经氨酸(NeuAc),连接方式,目 录,糖蛋白糖链的N-连接型与O-连接型,O,N,糖蛋白糖链的N-连接型和O-连接型,连接方式,不同种属、组织的同一种糖蛋白的N-连接聚糖的含量和结构可
5、以不同。同一组织中的某种糖蛋白，不同分子的同一糖基化位点的N-连接聚糖结构也可以不同。这种糖蛋白聚糖结构的不均一性称为糖形（glycoform）。,（一）N-连接糖蛋白的糖基化序列段为Asn-X-Ser/Thr,定义：聚糖中的N-乙酰葡糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮以共价键连接，形成N-连接糖蛋白。,糖基化位点：N-连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸残基组成的序列段称为糖基化位点。,（二）N-连接聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型,高甘露糖型,复杂性,杂合型,都有一个五糖核心,（三）N-连接型聚糖合成是以长萜醇作为聚糖载体,N-连接聚糖是在内质网上以长萜醇作为聚糖载体，先合
6、成含14个糖基的聚糖链，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进行加工而成。每一步加工都由特异的糖基转移酶催化完成，糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物。,长萜醇-P-P聚糖的合成,长萜醇-P-P聚糖的合成及3型N-糖链加工过程,目 录,（四）O-连接聚糖合成不需聚糖载体,定义：聚糖中的N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝/苏氨酸残基的羟基以共价键相连而形成O-连接糖蛋白。,O-连接聚糖结构：O-连接聚糖有N-乙酰半乳糖胺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。,O-连接聚糖合成：,O-连接聚糖常由N-乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心
7、二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、N-乙酰葡糖胺等单糖。与N-连接聚糖合成不同，O-连接聚糖合成是在多肽链合成后进行的，而且不需聚糖载体。在GalNAc转移酶作用下，将UDP-GalNAc中的GalNAc基转移至多肽链的丝氨酸(或苏氨酸)的羟基上，形成O-连接，然后逐个加上糖基，每一种糖基都有其相应的专一性转移酶。整个过程在内质网开始，到高尔基体内完成。,（五）蛋白质-N-乙酰氨基葡糖基化是可逆的单糖基修饰,蛋白质-N-乙酰氨基葡糖（-N-acetylglucosamine，O-GlcNAc）糖基化修饰是在O-GlcNAc糖基转移酶（O-GlcNAc transferase,OGT）作用下
8、，将-N-乙酰氨基葡糖以共价键方式结合于蛋白质的Ser/Thr残基上。主要存在于细胞质或胞核中。主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。,定义：由一种或多种糖胺聚糖(glycosaminoglycan)共价连接于核心蛋白所组成的一类非常复杂的复合糖。,二、蛋白聚糖由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成,蛋白聚糖的结构：,硫酸软骨素(chordroitin sulfate)硫酸皮肤素(dermatan sulfate)硫酸角质素(keratan sulfate)透明质酸(hyaluronic acid)肝素(heparin)硫酸类肝素(heparan sulfate),体内重要的糖胺聚糖（6种）：,（一）糖胺聚
9、糖是含己糖醛酸和己糖胺组成的重复二糖单位,目 录,重要的糖胺聚糖,（二）核心蛋白含有与糖胺聚糖结合的结构域,定义：与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白。,*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一结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。,蛋白聚糖聚合体(aggrecan),（三）蛋白聚糖生物合成时在多肽链上逐一加上糖基,在内质网上合成核心蛋白多肽链，同时在高尔基体内进行聚糖延长和加工。,聚糖链的形成是在多肽链上以单糖的UDP衍生物作为供体逐个加上单糖，每一单糖都有其特异性糖基转移酶；硫酸由PAPS提供；糖胺氨基来自于Gln。,糖脂（glycolipid）是糖通过半缩醛
10、羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。,鞘糖脂（sphingolipid）甘油糖脂类固醇衍生糖脂,根据脂质部分不同，糖脂可分为：,三、糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂组成,（一）鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖苷化合物,鞘糖脂是以神经酰胺为母体的化合物。其分子中的神经酰胺1-位羟基被糖基化。,鞘糖脂分子中的单糖主要为：葡萄糖、半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸,1.脑苷脂(cerebroside)是不含唾液酸的中性鞘糖脂2.硫苷脂(sulfatide)是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂3.神经节苷脂(ganglioside)是含唾液酸的酸性鞘糖脂,根据分子中是否含有唾液酸或硫
11、酸基成分，鞘糖脂可分为：中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂,（二）髓磷脂中含有甘油糖脂,甘油糖脂（glyceroglycolipid）也称糖基甘油酯，由二酰甘油分子3位上的羟基与糖基连接而成。,单半乳糖基二酰甘油 二半乳糖基二酰甘油,目 录,第 三 节聚糖的生物信息与功能 Bioinformation and function of glycan,聚糖参与细胞识别、细胞黏附、细胞分化、免疫识别、细胞信号转导、微生物致病过程和肿瘤转移过程等。糖生物学研究表明，特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信息。在细胞内，聚糖参与并影响糖蛋白从初始合成至最后亚细胞定位的各个阶段及其功能。,一、聚糖组分是糖蛋白执行功能所
12、必需,（一）聚糖的生物合成没有模板指导,聚糖中的糖基序列或不同糖苷键的形成，主要取决于糖基转移酶的特异性识别糖基底物和催化作用。依靠多种糖基转移酶特异性地、有序地将供体分子中糖基转运至接受体上，在不同位点以不同糖苷键的方式，形成有序的聚糖结构。,（二）聚糖成分影响糖蛋白的半衰期、结构及功能,聚糖可稳固多肽链的结构及延长半衰期聚糖参与糖蛋白新生肽链的折叠或聚合聚糖可影响糖蛋白在细胞内分拣和投送聚糖参与分子间的相互识别蛋白聚糖最主要功能是构成细胞间基质各种蛋白聚糖有其特殊功能,二、结构多样性的聚糖蕴含生物信息,（一）聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础（二）聚糖空间结构多样性受基因编码的糖基转移酶和糖苷酶调控,
