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第 十 九 章. 糖蛋白、蛋白聚糖 和细胞外基质 Glycoprotein , P roteoglycan and Extracellular Matrix. 糖生物学（ glycobiology ） 糖生物学是研究糖的分子结构、合成及生物功能的新兴学科。 核酸和蛋白质的研究成就 , 极大地推动了糖生物学的快速发展。. 概念. 糖蛋白 蛋白聚糖 糖脂 细胞外基质：由胶原蛋白、透明质酸、蛋白聚糖和糖蛋白组成。. 均由蛋白质和糖共价组成，但结构和功能存在显著差异. 第一节 糖蛋白. 组成糖蛋白分子中糖链的单糖有 7 种：
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第 十 九 章 糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质Glycoprotein, Proteoglycan and Extracellular Matrix
糖生物学（glycobiology） 糖生物学是研究糖的分子结构、合成及生物功能的新兴学科。 核酸和蛋白质的研究成就,极大地推动了糖生物学的快速发展。
概念 • 糖蛋白 • 蛋白聚糖 • 糖脂 • 细胞外基质：由胶原蛋白、透明质酸、蛋白聚糖和糖蛋白组成。 均由蛋白质和糖共价组成，但结构和功能存在显著差异
第一节 糖蛋白 • 组成糖蛋白分子中糖链的单糖有7种： 葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N-乙酰半乳糖胺、 N-乙酰葡糖胺、岩藻糖和N-乙酰神经氨酸。 • 连接方式： N-连接方式 N-连接聚糖 O-连接方式 O-连接聚糖
（一）N-连接糖蛋白 • 寡糖中的N-乙酰葡萄糖胺与多肽链中天冬酰胺残基的酰胺氮连接，形成N-连接糖蛋白 • 1.糖基化位点 只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr 3个氨基酸残基组成的序列子才有可能连接寡糖，这一序列子称为糖基化位点。
2.N-连接聚糖结构 高甘露糖型 复杂型 杂合型 都有一个五糖核心结构 Man Man Man GlcNAc Asn GlcNAc
核心结构 高甘露糖型 复杂型 杂合型 N-连接糖链结构
3.N－连接寡糖的合成 合成场所在粗面内质网和高尔基体中，与蛋白质合成同时进行。 以长萜醇为糖链载体，先将UDPGlcNAc分子中的GlcNAc转移至长萜醇，后再逐个加上糖基，至形成14个糖基的长萜醇焦磷酸寡糖结构，作为一个整体转移至天冬氨酸的酰胺氮上。 寡糖链依次在内质网和高尔基体中进行加工，形成成熟的各种N－连接寡糖。
（二）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
O－连接聚糖的合成 合成在多肽链合成后进行的，且没有糖链载体。 在GalNAc转移酶作用下，将UDPGalNAc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，高尔基体内完成。
二、糖蛋白的功能 （一）糖链对糖蛋白理化性质、空间结构和 生物活性的影响 1.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; 影响亚基聚合;糖蛋白在细胞内的分栋和 投送。 2.对糖蛋白的生物活性的影响:保护糖蛋白 不受蛋白酶的水解,延长其半衰期。 3.参与分子的识别作用
（二）糖蛋白在分子识别和黏附中的作用 1.糖蛋白在细胞-细胞分子识别和黏附 中的作用 2.糖蛋白在细胞-细胞外基质分子识别和 黏附中的作用
第二节 蛋白聚糖 • 是一类非常复杂的大分子糖复合物，主要由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成 • 糖胺聚糖必含有糖胺，由二糖单位重复连接而成，不分支 • 二糖单位中一个是糖胺，另一个是糖醛酸 • 除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有N－连接寡糖链或O－连接寡糖链
概 述 定义 一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的化合物。 • 特点 • 糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。 • 分布 • 分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。
核心蛋白 葡萄糖胺 组成 糖胺 半乳糖胺 糖胺聚糖 葡萄糖醛酸 糖醛酸 艾杜糖醛酸 蛋白聚糖的结构
一、重要的糖胺聚糖 糖胺聚糖由二糖单位重复连接而成，不分支。 体内重要的糖胺聚糖（6种）： 硫酸软骨素类 硫酸皮肤素 硫酸角质素 透明质酸 肝素和硫酸类肝素
糖胺聚糖的结构和分布特点 糖胺聚糖 二糖单位 硫酸化位置 组织分布 透明质酸 (HA) GlcUA, GlcNAc 无 关节滑液，玻璃体，结缔组织 硫酸软骨素(CS) GlcUA, GalNAc C4, C6 骨，软骨，角膜 硫酸皮肤素(DS) IdoUA, GalNAc, C2, C4，C6 皮肤，血管 硫酸角质素 (KS)I/II Gal, GlcNAc C6 角膜，结缔组织 肝素 (Hp) IdoUA，GlcN C2, C6 , C2-N 肥大细胞 硫酸类肝素（HS） GlcUA，GlcN C2, C6 , C2-N 皮肤，成纤维细胞，血管
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一结构锚定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。
透明质酸 连接蛋白 硫酸角质素 硫酸软骨素 糖蛋白亚基 核心蛋白 骨骺软骨蛋白聚糖聚合物 2. 蛋白聚糖聚合物
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。
四、蛋白聚糖的功能 • 1. 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。 • 2. 其它功能 • 抗凝血（肝素） • 参与细胞识别与分化（细胞表面的硫酸素） • 维持软骨机械性能（硫酸软骨素）等
蛋白多糖与糖蛋白的区别 蛋白多糖 糖蛋白 糖链含量： 较蛋白质部分多 一般少于蛋白质，少数可较多 糖链组成： 主要为糖醛酸、糖氨 Glc、Gal、Man、Fuc、GalNAc、GlcNAc、 SA，末端常为 SA、Fuc， 糖基排列： 二糖分子连成长链 大多为分支寡糖链 与肽链连 一般为O-糖苷键连接 O-糖苷键或N-糖苷键连接 接方式： 有时可游离存在 分布： 主要在细胞外，各种 分布广泛，细胞内外皆有 结缔组织基质中 生理功能： 以维持结缔组织的 作用广泛，许多粘蛋白、血 功能为主 浆蛋白、膜蛋白等为糖蛋白
第三节 细胞外基质（ECM） 构成 细胞外基质由胶原蛋白、纤连蛋白、层连蛋白等糖蛋白，及蛋白聚糖和透明质酸等多种组分构成。 分布 各种组织的细胞间隙中。
一、胶 原 • 1. 定义 • 由结缔组织细胞——成纤维细胞所分泌的结缔组织胶原蛋白和某些上皮细胞分泌的某些类型的胶原蛋白。 • 2. 分布 • 骨、皮肤、血管壁、肌腱、韧带、肌肉、软骨、角膜等。 • 3. 功能 • 起着支架、维持组织构型、机体运动等多项作用。
4. 胶原的结构特点 胶原蛋白由3条肽链以α右手螺旋形成棒状结构。 富含甘氨酸（占1/3）和脯氨酸（占1/4），特含有羟赖氨酸和羟脯氨酸，缺色氨酸和半胱氨酸，甚少酪氨酸。
二、纤连蛋白（Fn ) 定义 是一种多功能糖蛋白。由两个相似的亚基组成的二聚体。 分布 细胞外基质、基底膜和各种体液。 功能 参与许多生理活动，例如：细胞的形态、增殖、分化及个体发育、生殖、信息传递、凝血、组织修复等。
结构 由两个相似的亚基组成二聚体，以羧基 末端的两个二硫键连成“V”形结构，有7个球 状的结构域。 纤连蛋白的结构域示意图
4. 结构 • 由分子量为25万的单体组成的二聚体。它的一级结构由3种不同类型的内在序列同源结构重复出现而构成。
三、层粘连蛋白（Ln） 定义 由三条多肽链组成的多结构域构成的 糖蛋白。 分布 主要存在于基底膜中。 功能 主要介导上皮细胞及内皮细胞糖粘 附，而影响细胞的生长、分化和运动。 Ln可能与某些疾病（糖尿病、类风 湿性关节炎等）和肿瘤细胞的浸润、转 移有重要关系。
结构 由3个不同的亚基（α,β,γ）通过二硫 键连接形成长约70nm的十字型结构。
基底膜（细胞外基质） 的组成及成分 注： Perlecan (串珠素)是细胞外基质中主要的蛋白聚糖之一,由核心蛋白和硫酸肝素侧链组成,可以通过调节生长因子的结合和活性影响血管壁
三种生物大分子结构特点 生物大分子 核酸 蛋白质 聚糖 结构单位 核苷酸 氨基酸 单糖 连接键 3’,5’ -磷酸二酯键 肽键 糖苷键 游离末端 5’磷酸，3’羟基 氨基端，羧基端 非还原端，还原端 多聚体合成方向 5’→3’ N→C 非还原端→还原端
