1、第四章聚糖的結構與功能細胞中存在著種類各異的含糖的復合生物大分子，如糖蛋白，蛋白聚糖、糖脂，統稱為復合糖類(complex carbohydrate)，又稱為糖復合體(glycoconjugate )。組成復合糖類中的糖組 分(除單個糖基外，稱為聚糖(glycan )。就結構而論，糖蛋白和蛋白聚糖均由共價連接的蛋白質和聚糖兩部分組成，而糖脂由聚糖與脂類物質組成。體內也存在著蛋白質、糖與脂 類三位一體的復合物，主要利用糖基磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidyl inositol, GPI )將蛋白質錨定于細胞膜中。大多數真核細胞都能合成一定數量和類型的糖蛋白和蛋白聚糖，分布于細胞表

2、面、細胞內分泌顆粒和細胞核內；也可被分泌出細胞，構成細胞外基質成分。糖蛋白分子中蛋白質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，甚至高達95%，以致大多數蛋白聚糖中聚糖分子質量高達10萬以上。由于組成糖蛋白和蛋白聚糖的聚糖結構迥然不同，因此兩者在合成途徑和功能上在存在顯著差異。第一節糖蛋白分子中聚糖及其合成過程糖蛋白(glycoprotein )分子中的含糖量因蛋白質不同而異，有的可達20%，有的僅為5%以下。此外，糖蛋白分子中單糖種類、組成比和聚糖的結構也存在顯著差異。組成糖蛋白分子中聚糖的單糖有 7種：葡萄糖(glucose, Glc)、半乳糖(galactose, Gal)

3、、甘露糖(mannose, Man ),N-乙酰半 乳糖胺(N-acetylgalactosamine , GalNAC ) 、N-乙酰葡糖胺(N-acetylglucosamine , G1cNAc )、巖藻糖(fucose , Fuc )和 N-乙酰神經氨酸 (N-acetyIneuraminic acid , NeuAc )。由上述單糖構成結構各異的聚糖可經兩種方式與糖蛋白的蛋白質部分連接，因此，根據連接方式不同可將糖蛋白聚糖分為N-連接型聚糖(N-linked glycan )和0-連接型聚糖(0-linked gly-can )。N-連接型聚糖是指與蛋白質分子中天冬酰胺殘基的酰胺氮相

4、連的糖鏈；0連接糖鏈是指與蛋白質分子中絲氨酸或蘇氨酸經羥基相連的糖鏈(圖4-1)。所以,糖蛋白也相應分成N連接糖蛋白和0連接糖蛋白。不同種屬、組織的同一種糖蛋白的N-連接型聚糖的含量和結構可以不同。即使是同一組織中的某種糖蛋白，不同分子的同一糖基化位點的N-連接型聚糖結構也可以不同，這種糖蛋白聚7980 第一篇生物分子結構與功能糖結構的不均一性稱為糖形（glycoform ）。一、N-連接型糖蛋白的糖基化位點為 ASn-X-Ser/Thr、聚糖中的N-乙酞葡糖胺與多膚鏈中天冬酰胺殘基的酰胺氮以共價鍵連接，形成N-連接糖蛋白，但是并非糖蛋白分子中所有天冬酰胺殘基都可連接聚糖。只有特定的氨基酸序列

5、， 即Asn-X-Ser/Thr （其中X為脯氨酸以外的任何氨基酸）3個氨基酸殘基組成的序列子 （sequon） 才有可能，這一序列子被稱為糖基化位點（圖4-1）。一個糖蛋白分子可存在若干個 Asn-X-Ser/Thr序列子，這些序列子只能視為潛在糖基化位點，能否連接上聚糖還取決于周圍的立體結 構等。二、N-連接型聚糖結構有高甘露糖型、復雜型和雜合型之分根據結構可將N-連接型聚糖分為3型：高甘露糖型、復雜型和雜合型。這3型N-連接型聚糖都有一個由2個N-G1cNAc和3個Man形成的五糖核心（圖 4-2）。高甘露糖型在核心五 糖上連接了 29個甘露糖，復雜型在核心五糖上可連接二、三、四或五個分

6、支聚糖，宛如天線狀，天線末端常連有 N- Z乙酰，神經氨酸。雜合型則兼有二者的結構。、N-連接型聚搪合成是以長萜醇作為聚糖載體N-連接型聚糖的合成場所是粗面內質網和高爾基體，可與蛋白質膚鏈的合成同時進 行。在內質網內以長 萜醇（dolichol, dol ）作為聚糖載體，在糖基轉移酶的作用下先將 UDP-GlcNAc分子中的GlcNAc轉移至長萜醇，然后再逐個加上糖基， 糖基必須活化成UDP 或GDP的衍生物，才能作為糖基供體底物參與反應，直至形成含有14個糖基的長 萜醇焦磷酸聚糖結構，后者作為一個整體被轉移至肽鏈的糖基化位點中的天冬酰胺的酰胺氮上。 然后聚糖鏈依次在內質網和高爾基體進行加工，

7、先由糖苷水解酶除去葡萄糖和部分甘露 糖，然后再加上不同的單糖，成熟為各型N-連接型聚糖。圖4一3顯示從內質網到高爾基體， 三種不同類型的聚糖逐步加工的過程。第四章聚糖的結構與功能81在生物體內，有些糖蛋白的加工簡單，僅形成較為單一的高甘露糖型聚糖，有些形成雜合型，而有些糖蛋白則通過多種加工形成復雜型的聚糖。不同組織的同一種糖蛋白分子中的聚糖結構可以不同，說明 N-連接型聚糖存在極大的多樣性。即使同一種糖蛋白，其相同糖 基化位點的聚糖結構也可不同，顯示出相當大的微觀不均一性，這可能與不完全糖基化以及糖苷酶和糖基轉移酶缺乏絕對專一性有關。四、0-連接型聚糖合成不需聚糖載體聚糖中的N-乙酰半乳糖胺與

8、多肽鏈的絲氨酸或蘇氨酸殘基的羥基以共價鍵相連而形 成0-連接糖蛋白。它的糖基化位點的確切序列子還不清楚，但通常存在于糖蛋白分子表面 絲氨酸和蘇氨酸比較集中且周圍常有脯氨酸的序列中，提示0-連接糖蛋白的糖基化位點由多肽鏈的二級結構、三級結構決定。O-連接型聚糖常由N-乙酰半乳糖胺與半乳糖構成核心二糖，核心二糖可重復延長及分 支，再連接上巖藻糖、N-乙酰葡糖胺等單糖。與 N-連接型聚糖合成不同， 0-連接型聚糖合成是在多肽鏈合成后進行的， 而且不需聚糖載體。在GalNAc轉移酶作用下，將UDP-Ga1NAc 中的GalNAc基轉移至多肽鏈的絲/蘇氨酸的羥基上，形成0-連接，然后逐個加上糖基，每一種

9、糖基都有其相應的專一性轉移酶。整個過程在內質網開始，到高爾基體內完成。五、蛋白質B -N-乙酰葡糖胺的糖基化是可逆的單糖基修飾蛋白質糖基化修飾除 N-連接型聚糖修飾、0-連接型聚糖修飾外，還有 B -N-乙酰葡糖胺 的單糖基修飾(0-G1cNAc )，主要發生于膜蛋白和分泌蛋白。蛋白質的0-G1cNAc糖基化修飾是在0-G1cNAc糖基轉移酶(0-G1cNAc transferase, OGT)作用下，將 B -N-乙酰葡糖胺 以共價鍵方式結合于蛋白質的 Ser/Thr殘基上。這種糖基化修飾與 N-或0-聚糖修飾不同，不 在內膜(如內質網、高爾基體)系統中進行，主要存在于細胞質或胞核中。蛋白質

10、在O-GIcNAc糖基化后，其解離需要特異性的 B -N-乙酰葡糖胺酶(0-G1cNAcase ) 作用，0-G1cNAc糖基化與去糖基化是個動態平衡的過程。糖基化后，蛋白質肽鏈的構象將 發生改82 第一篇 生物分子結構與功能變,從而影響蛋白質功能。 可見，蛋白質在OGT與0-G1cNAcase作用下的這種糖基化過程與 蛋白質磷酸化調節具有相似特性。此外，0-G1cNAc糖基化位點也經常位于蛋白質 Ser/Thr磷酸化位點處或其鄰近部位，糖基化后即會影響磷酸化的進行，反之亦然。因此O-G1cNAc 糖基化與蛋白質磷酸化可能是一種相互拮抗的修飾行為，共同參與信號通路調節過程。六、糖蛋白分子中聚糖

11、影響蛋白質的半衰期、結構與功能 人體細胞內蛋白質約三分之一為糖蛋白，執行著不同的功能。糖蛋白分子中聚糖不但 能影響蛋白部分的構象、聚合、溶解及降解，還參與糖蛋白相互識別、結合等功能。（一）聚糖可穩固多肽鏈的結構及延長半衰期 糖蛋白的聚糖通常存在于蛋白質表面環或轉角的序列處， 并突出于蛋白質的表面。 有些糖鏈可能通過限制與它們連接的多肽鏈的構象自由度而起結構性作用。0一連接型聚糖常成簇地分布在蛋白質高度糖基化的區段上， 有助于穩固多肽鏈的結構。 一般來說， 去除聚糖的 糖蛋白， 容易受蛋白酶水解， 說明聚糖可保護肽鏈， 延長半壽期。 有些酶的活性依賴其聚糖， 如羥甲基戊二酸單酞輔酰 A （HMG

12、-CoA ）還原酶去聚糖后其活性降低 90%以上；脂蛋白脂 肪酶N-連接型聚糖的核心五糖為酶活性所必需。當然，蛋白質的聚糖也可起屏障作用，抑 制糖蛋白的作用。（二）聚糖參與糖蛋白新生肽鏈的折疊或聚合不少糖蛋白的N-連接型聚糖參與新生肽鏈的折疊，維持蛋白質正確的空間構象。如用 DNA定點突變方法去除某一病毒 G蛋白的兩個糖基化位點，此 G蛋白就不能形成正確的鏈內 二硫鍵而錯配成鏈間二硫鍵，空間構象也發生改變。運鐵蛋白受體有3個N-連接型聚糖，分別位于Asn251，Asn317和Asn727。已發現Asn727與膚鏈的折疊和運輸密切相關；Asn251連接有三天線復雜型聚糖， 此聚糖對于形成正常二聚

13、體起重要作用， 可見聚糖能影響亞基聚合。 在哺乳類動物新生蛋白質折疊過程中，具有凝集素活性的分子伴侶鈣連蛋白（calnexin）和（或）鈣網蛋白（ calreticulin ）等，通過識別并結合折疊中的蛋白質（聚糖）部分，幫助 蛋白質進行準確折疊，同樣也能使錯誤折疊的蛋白質進人降解系統。（三）聚搪可影響糖蛋白在細胞內的靶向運輸 糖蛋白的聚糖可影響糖蛋白在細胞內的靶向運輸的典型例子是溶酶體酶合成后向溶酶體的靶向運輸。溶酶體酶在內質網合成后，其聚糖末端的甘露糖在高爾基體被磷酸化成6一磷酸甘露糖，然后與溶酶體膜上的 6一磷酸甘露糖受體識別、結合，定向轉送至溶酶體內。 若聚糖鏈末端甘露糖不被磷酸化，

14、那么溶酶體酶只能被分泌至血漿， 而溶酶體內幾乎沒有酶， 可導致疾病產生。（四）聚糖參與分子間的相互識別聚糖中單糖間的連接方式有 1， 2連接、1， 3連接、1， 4連接和 1， 6連接；這些連接又有 a和3之分。這種結構的多樣性是聚糖分子識別作用的基礎。豬卵細胞透明帶中分子質量為 5.5萬的ZP一3蛋白，含有0連接型聚糖，能識別精子并 與之結合。受體與配體識別、 結合也需聚糖的參與。如整聯蛋白與其配體纖連蛋白結合，依賴完整的整聯蛋白N連接型聚糖的結合；若用聚糖加工酶抑制劑處理 K562細胞，使整聯蛋 白聚糖改變成高甘露糖型或雜合型，均可降低與纖連蛋白識別和結合的能力。紅細胞的血型物質含糖達 8

15、0% -90%。ABO血型物質是存在于細胞表面糖脂中的聚糖組 分。ABO系統中血型物質A和B均是在血型物質0的聚糖非還原端各加上 GalNAc或Gal,僅一 個糖基之差， 使紅細胞能分別識別不同的抗體， 產生不同的血型。 細菌表面存在各種凝集素 樣蛋白，可識別人體細胞表面的聚糖結構，而侵襲細胞。細胞表面復合糖的聚糖還能介導細胞一細胞的結合。 血循環中的白細胞需通過沿血管壁 排列的內皮細胞，才能出血管至炎癥組織。白細胞表面存在一類貓附分子稱選凝蛋白第四章 聚糖的結構與功能 83 (selectin ) ，能識別并結合內皮細胞表面糖蛋白分子中的特異聚糖結構，白細胞以此與內皮 細胞黏附，進而其他黏附

16、分子的作用，使白細胞移動并完成出血管的過程。免疫球蛋臼G(lgG)屬于N-連接糖蛋白，其聚糖主要存在于 Fc段。IgG的聚糖可結合單核 細胞或巨噬細胞上的Fc受體，并與補體C1q的結合和激活以及誘導細胞毒等過程有關。若IgG去除聚糖，其絞鏈區的空間構象遭到破壞，上述與Fc受體和補體的結合功能就丟失。框4-1，蓬勃發展的糖生物學研究在糖生物化學研究積累了大量資料的基礎上，自 1980年，起復合糖類中聚糖的多種功能相繼被發現， 糖類不再被看作僅是生物體的產能物質和結構物質。1988年，糖生物學( glycobiology )概念被提出。隨著復合糖類中聚糖的結構與功能研究的不斷深入， 發現了聚糖具有

17、涉及蛋白質折疊、 穩定性和細胞內運愉， 以及細胞識別、 黏附和遷移等重要的生理作用， 因而被認為是繼核酸和蛋白質后的又一類重要的生物大分 子。糖組(glycome )是指一種細胞或一個生物體中全部聚糖種類， 而糖組學(glycomics )則包括聚糖種類、 結構鑒定、糖基化位點分析、蛋白質糖基化的機制和功能等內容，也是對蛋白質與聚糖間的相互作用和功 能的全面分析。當今以高通量、高效率技術探討個體全部糖鏈的結構、功能及其代謝為主體內容的糖組學 研究正在蓬勃發展，其成果對拓展糖生物學的內涵具有重要的科學意義。第二節 蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖蛋 白 聚 糖 ( proteoglycan) 是 一 類

18、 非 常 復 雜 的 復 合 糖 類 ， 主 要 由 糖 胺 聚 糖 ( glycosaminoglycan,GAG) 共價連接于核心蛋白所構成。 一種蛋白聚糖可含有一種或多種糖 胺聚糖。糖胺聚糖是由二糖單位重復連接而成，不分支。由于糖胺聚糖的二糖單位含有糖 胺而得名，可以是葡糖胺或半乳糖胺。二糖單位中一個是糖胺，另一個是糖醛酸(葡糖醛 酸或艾杜糖醛酸)。除糖胺聚糖外，蛋白聚糖還含有一些N-或0-連接型聚糖。核心蛋白種類頗多，加之核心蛋白相連的糖胺聚糖鏈的種類、長度以及硫酸化的程度等復雜因素，使 蛋白聚糖的種類更為繁多。一、糖胺聚糖是含己糖醛酸和己糖胺組成的重復二糖單位體內重要的 糖胺聚糖有6

19、種：硫酸軟骨素( chondroitin sulfate ) 、硫酸皮膚素 (dermatansulfate)、硫酸角質素 (keratan sulfate)、透明質酸 (hyaluronic acid)、肝素(heparin) 和硫酸類肝素(heparan sulfate)。這些糖胺聚糖都是由重復的二糖單位組成(圖 4-4)。除透明 質酸外，其他的糖胺聚糖都帶有硫酸。硫酸軟骨素的二糖單位由 N乙酰半乳糖胺和葡糖醛酸組成，最常見的硫酸化部位是 N-乙酞半乳糖胺殘基的 C'4和C6位。單個聚糖約有250個二糖單位，許多這樣的聚糖與核心 蛋白以 0-連接方式相連，形成蛋白聚糖。硫酸角質素的

20、二糖單位由半乳糖和 N-乙酰葡糖胺組成。它所形成的蛋白聚糖可分布于 角膜中，也可與硫素軟骨素共同組成蛋白聚糖聚合物，分布于軟骨和結締組織中。硫酸皮膚素分布廣泛，其二糖單位與硫酸軟骨素很相似，僅一部分葡糖醛酸為艾杜糖 醛酸所取代，所以硫酸皮膚素含有二種糖醛酸。葡糖醛酸轉變為艾杜糖醛酸是在聚糖合成 后進行，由差向異構酶催化。肝素的二糖單位為葡糖胺和艾杜糖醛酸，葡糖胺的氨基氮和C6位均帶有硫酸。肝素成第四章 聚糖的結構與功能89時都是葡糖醛酸，然后差向異構化為艾杜糖醛酸，并隨之進行C'2位硫酸化。肝素所連接的核心蛋白幾乎僅由絲氨酸和甘氨酸組成。肝素分布于肥大細胞內，有抗凝作用。硫酸類肝素是細

21、胞膜成分，突出于細胞外。透明質酸的二糖單位為葡糖醛酸和N-乙酰葡糖胺。一分子透明質酸可由50000個二糖單位組成，但它所連的蛋白質部分很小。透明質酸分布于關節滑液、眼的玻璃體及疏松的結締組織中。二、核心蛋白含有與精胺聚糖結合的結構域與糖胺聚糖鏈共價結合的蛋白質稱為核心蛋白。核心蛋白均含有相應的糖胺聚糖取代結構域，一些蛋白聚糖通過核心蛋白特殊結構域錨定在細胞表面或 細胞外基質的大分子中。核心蛋白最小的蛋白聚糖稱為絲甘蛋白聚糖(serglycan)，含有肝素，主要存在于造血細胞和肥大細胞的貯存顆粒中，是一種典型的細胞內蛋白聚糖。飾膠蛋白聚糖(decorin)的核心蛋白分子質量為 3.6萬，富含亮氨

22、酸重復序列的模體， 它能與膠原蛋白相互作用，調節膠原纖維的形成和細胞外基質的組裝。黏結蛋白聚糖(syndecan)的核心蛋白分子質量為 3. 2萬，含有胞質結構城、播人質 膜的疏水結構域和胞外結構域。細胞外結構域連接有硫酸肝素和硫酸軟骨素，是細胞膜表面主要蛋白聚糖之一。蛋白聚糖聚合體(aggreca n)是細胞外基質的重要成分之一；由透明質酸長聚糖兩側經 連接蛋白而結合許多蛋白聚糖而成，由于糖胺聚糖上放基或硫酸根均帶有負電荷，彼此相斥，所以在溶液中蛋白聚糖聚合物呈瓶刷狀（圖4-5 ）。二、蛋白聚精生物合成時在多膚鏈上逐一加上糖基在內質網上，蛋白聚糖先合成核心蛋白的多膚鏈部分，多膚鏈合成的同時即

23、以0-連接或N-連接的方式在絲氨酸或天冬酰胺殘基上進行聚糖加工。聚糖的延長和加工修飾主要是 在高爾基體內進行，以單糖的 UDP衍生物為供體，在多膚鏈上逐個加上單糖，而不是先合 成二搪單位。每一單糖都有其特異性的糖基轉移酶，使聚糖依次延長。聚糖合成后再予以 修飾，糖胺的氨基來自谷氨酰胺，硫酸則來自“活性硫酸”或3'-磷酸腺昔-5'-磷酰硫酸。差向異構酶可將葡糖醛酸轉變為艾杜糖醛酸。四、蛋白聚糖是細胞間基質重要成分（一）蛋白架槍最主要功能是構成細施間基質在細胞基質中各種蛋白聚糖以特異的方式與彈性蛋白、膠原蛋白相連，賦予基質特殊 的結構。基質中含有大量透明質酸，可與細胞表面的透明質酸

24、受體結合，影響細胞與細胞 的黏附、細胞遷移、增殖和分化等細胞行為。由于蛋白聚糖中的糖胺聚糖是多陰離子化合 物，結合Na+、K+，從而吸收水分子；糖的羥基也是親水的，所以基質內的蛋白聚糖可以吸 引、保留水而形成凝膠，容許小分子化合物自由擴散但阻止細菌通過，起保護作用。細胞表面也有眾多類型的蛋白聚糖，大多數含有硫酸肝素，分布廣泛，在神經發育、 細胞識別結合和分化等方面起重要的調節作用。有些細胞還存在絲甘蛋白聚糖，它的主要 功能是與帶正電荷的蛋白酶、羧肽酶或組織胺等相互作用，參與這些生物活性分子的貯存 和釋放。（二）各種蛋白滾抽有其特殊功能例如，肝素是重要的抗凝劑，能使凝血酶失活；肝素還能特異地與毛

25、細血管壁的脂蛋 白脂肪酶結合，促使后者釋放入血。在軟骨中硫酸軟骨素含量豐富，維持軟骨的機械性能。 角膜的膠原纖維之間充滿硫酸角質素和硫酸皮膚素，使角膜透明。在腫瘤組織中各種蛋白 聚糖的合成發生改變，與腫瘤增殖和轉移有關。第三節 糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和類固醇衍生糖脂組成糖脂(glycolipid )是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質連接的化合物。由于脂質部分不 同，糖脂可有鞘糖脂(sphingolipid )、甘油糖脂和類固醇衍生糖脂之分。鞘糖脂、甘油糖脂 是細胞膜脂的主要成分，具有重要的生理功能。一、鞘糖脂是神經酰胺被糖基化的精苷化合物與鞘磷脂一樣，鞘糖脂是以神經酰胺為母體的化合物。鞘磷脂分子

26、中的神經酰胺1一位羥基被磷脂酰膽堿或磷脂酰乙醇胺化，而鞘糖脂分子中的神經酰胺1 一位羥基被糖基化，形成糖苷化合物，其結構式如下：0H? JRNCMi J<ch=CHCOHH '押比的站構通式鞘糖脂分子中單糖主要為 D-葡萄搪、D-半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖胺、 巖藻糖和唾液酸；脂肪酸成分主要為1624碳的飽和與低度飽和脂肪酸，此外，還有相當數量的a 一羥基脂酸。鞘糖脂又可根據分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分，分為中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂兩類。1. 腦苷脂是不含唾液酸的中性鞘糖脂中性鞘糖脂的糖基不含唾液酸，常見的糖基是 半乳糖、葡萄糖等單糖，也有二糖、三糖。含單個糖基的

27、中性鞘糖脂有半乳糖基神經酰胺(Gal 3 1, 1 Cer)和葡糖基神經酰胺(G1c 3 1, 1 Cer)，又稱腦苷脂(cerebroside)(圖 4-6A )。含二糖基的中性鞘糖脂有乳糖基神經酰胺(Gal 3 1, 4Glc 3 1,1 Cer)。已知ABH和Lewis血型的細胞表面抗原物質也為鞘糖脂，通常由抗原決定簇的蛋白質部分與乳糖基 神經酰胺共價連接成五糖基神經酰胺和六糖基神經酰胺。鞘糖脂的疏水部分伸入膜的磷脂雙層中，而極性糖基暴露在細胞表面，發揮血型抗原、組織或器官特異性抗原、分子與分子相互識別的作用。2. 硫苷脂是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂鞘糖脂的糖基部分可被硫酸化，形成

28、硫苷脂(sulfatide )。如腦苷脂被硫酸化，就形成最簡單的硫苷脂，即硫酸腦苷脂(cerebroside sulfate )(圖4-6B)。硫苷脂廣泛地分布于人體的各器官中，以腦中的含量為最多。硫苷脂可能參與血液凝固和細胞黏著等過程。3. 神經節苷脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂，常稱為神經 節苷脂(ganglioside)，屬于酸性鞘糖脂。神經節苷脂分子中的糖基較腦苷脂為大，常為含有1個或多個唾液酸的寡糖鏈。在人體內的神經節苷脂中神經酰胺全為N-乙酰神經氨酸，并以a 2,3連接于寡糖鏈內部的或末端的半乳糖殘基上，或以a 2，6連接于N-乙酰半孚L搪胺殘基上，或以 a 2

29、，6連接于另一個唾液酸殘基上。神經節苷脂是一類化合物，人體至少有60多種。神經節苷脂可根據含唾液酸的多少以及與神經酰胺相連的糖鏈順序命名。M、D、T分別表示含1,2,3個唾液酸的神經節苷脂；下標1、2、3表示與神經酰胺相連 的糖鏈 順序：1為Gal-GalNAc-Gal-Glc-Cer;2 為 Ga1NAC-Gal-Glc-Cer ; 3為Gal-Glc-Cer。圖 4-6C顯示了 Gm1、Gm2、Gm3 的結構。神經節苷脂分布于神經系統中，在大腦中占總脂的6%，神經末梢含量豐富，種類繁多，在神出細胞膜表面，可以特異地結合某些垂體糖蛋白激素，發揮很多重要的生理調節功能。神 經節苷脂還參與細胞相

30、互識別，因此，在細胞生長、分化，甚至癌變時具有重要作用。神 經節苷脂也是一些細菌蛋白毒素(如霍亂毒素)的受體。神經節苷脂分解紊亂時，引起多 種遺傳性鞘糖脂過剩疾病(sphi ngolipid storage disease)如Tay-Saehs病，主要癥狀為進行性 發育阻滯、神經麻痹、神經衰退等，其原因為溶酶體內先天性缺乏3 -N-乙酰己糖胺酶A ,不能水解神經節苷脂極性部分Ga1NAc和Gal殘基之間的糖苷鍵而引起Gm2在腦中堆積。髓磷脂中含有甘油糖脂髓磷脂(myelin )是包繞在神經元軸突外側的脂質，起到保護和絕緣的作用。甘油糖脂(glyceroglycolipid )也稱糖基甘油脂，是

31、髓磷脂的重要成分。甘油糖脂由二酰甘油分子3位上的羥基與糖苷鍵連接而成。最常見的甘油糖脂有單半乳糖基二酰基甘油和二半乳糖基 二酰基甘油。第四節聚糖結構中蘊含大量生物信息聚糖參與細胞識別、細胞黏附、細胞分化、免疫識別、細胞信號轉導、微生物致病過程 和腫瘤轉移過程等。糖生物學研究表明，特異的聚糖結構被細胞用來編碼若干重要信息。在細胞內，聚糖參與并影響糖蛋白從初始合成至最后亞細胞定位的各個階段及其功能。框4 一 2聚糖作為信息分子：.糖密碼生物體內的大分子一聚糖是繼蛋白質和核酸后又一蓬勃發展的研究領域，形成了一門研究糖復合物結構與功能的新興學科一糖生物學。越來越多的證據表明，特異的聚糖結構被細胞用來編

32、碼若干重要信 息，諸如蛋白質在細胞內的分揀、投送、定位或分泌、折疊并維持蛋白質正確的空間構象、細胞與細胞 的相互作用、組織與器官發育以及細胞外信號轉導等。現代先進技術分析獲得的寡糖和多糖結構，揭示了糖蛋白聚糖結構的復雜性與多樣性。其復雜性在于可含有14個單糖基，存在（1 -2）、（ 1-3）、（ 1-4）、（ I-6）、（ 2-3）和（2-6）等多種糖苷鍵連接方式，其中有些鍵為 a構型，有些為b構型。聚糖還常含有分支結構。在聚糖中可有20種不同的單糖，據此可計算得到存在1.44 X10的15次方個不同結構六聚糖的可能性，而 20種氛基酸形成六肽，僅有 6.4x10的7次方，種（20的6次方）可

33、能的六肽；4種單核苷酸，僅有形成 4096種（4的6次方）含6個單核 苷酸的多核苷酸的可能性。聚糖含有如此巨大的信息，不僅可與核酸相媲美，而且在相同分子量所含信 息密度上，遠超核酸。每一聚糖都有一個獨特的能被蛋白質閱讀，并與蛋白質相結合的三維空間構象， 即糖密碼（sugar code）。一、聚糖組分是糖蛋白執行功能所必需各類多糖或聚糖的生物合成并沒有類似核酸、蛋白質合成所需模板的指導，而聚糖中 的糖基序列或不同糖苷鍵的形成，主要取決于糖基轉移酶的特異性識別糖底物和催化作用。 依靠多種糖基轉移酶特異性地、有序地將供體分子中糖基轉運至接受體上，在不同位點以 不同糖苷鍵的方式，形成有序的聚糖結構。鑒

34、于糖基轉移酶（一類蛋白質）由基因編碼，所以糖基轉移酶繼續了基因至蛋白質信 息流，將信息傳遞至聚糖分子；另外，聚糖（如血型物質）作為某些蛋白質組分與生物表 型密切相關，體現生物信息。二、結構多樣性的聚糖蘊含生物信息聚糖結構的多樣性和復雜性很可能賦予其攜帶大量生物信息的能力。上述復合糖類分 子中聚糖在細胞間通訊、蛋白質折疊、蛋白質轉運與定位、細胞黏附和免疫識別等發揮的 功能，就是聚糖攜帶的生物信息的表現。目前對聚糖攜帶生物信息的詳細方式、傳遞途徑所知甚 少。（一）聚糖空間結構多樣性是其攜帶信息的基礎 聚糖結構具有復雜性與多樣性。復合糖中的各種聚糖結構存在單糖種類、化學鍵連接 方式及分支異構體的差異， 形成千變萬化的聚糖空間結構。 盡管哺乳類動物單糖種類有限， 但由于單糖連接方式、修飾方式的差異，使存在于聚糖中的單糖結構不計其數。例如， 2 個相同己糖的連接就有 a與B 1, 2連接、1 , 3連接、1, 4連接和1, 6連接8種方式，加之聚 糖中的單糖修飾（如甲基化、硫酸化、乙酰化、磷酸化等），所以從理論上計算，組成復 合糖類中聚糖的己糖結構可能達 1012之多（盡管并非所有的結構都天然存在）；目前已知 糖蛋白N-聚糖中的己糖結構已有 2000種。這種聚糖序列結構多樣性可能是其攜帶生物信息 的基礎。（二）聚糖空間結構多樣性受