糖生物学基础理论

糖类和血型
• 众所周知人类的主要血型是ABO型，是 1900年Landsteiner发现的。这一发现在 第一次世界大战期间对抢救伤员作出了重 大贡献Landsteiner因发现ABO血型而获得 1930年诺贝尔生理和医学奖。 • 经过许多免疫学家半个多世纪的研究， 1960年Witkins确定了ABO(H)的抗原决定 簇是糖类，并测定了有关糖类的结构。
一个分子生物学的扩展
糖类药物
• 以糖类为基础的抵抗疾病的药物来源很广，多数 是天然存在的化合物，例如糖苷类。 • 以糖类为基础的药物的作用位点是在细胞表面， 这类药物干扰整个细胞和机体。科学家认为，糖 类药物是副反应相对较小的药物之一。它们不仅 可以作为治疗疾病的药物，也可作为保健食品。 • 以糖类为基础疫苖 • 以糖类为基础的药物，不仅可用于人与动物，还 可以用作农药，比起传统的化学农药来，以糖类 为基础的生化农药对环境的污染更小。
• 己糖胺 Hexosamines ，N-乙酰半乳糖胺(GalNAc) • 五碳糖Pentoses：木糖 xylose (Xyl) • 脱氧已糖，Deoxyhexoses:岩藻糖(Fuc) • 己糖胺 Hexosamines :N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc) • 九碳糖酸: N-乙酰神经氨酸(NeuAc) • 糖醛酸，Uronic Acids：glucuronic acid (GlcA) and iduronic acid (IdA).
聚糖更新
• 像活细胞的所有组成部分，多聚糖不断更新。 • 介导反应的酶：exoglycosidases或 endoglycosidases 。 • 一些单位可被删除，然后添加到没有降解的链上。 • 最后完成降解在溶酶体内，由一系列的糖苷酶降 解。降解的单糖常出溶酶体进入细胞质再利用。 • ER -高尔基途径聚糖聚合相对缓慢，细胞核和细 胞质多聚糖可能会更动态，并迅速。

• 在糖蛋白肽链中的多种带有羟基的氨基酸残基上也可连 接糖链，这种糖链被称为O-糖链。
2020/5/24
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2 可调型的糖基化
核质内的接有单个N-乙酰氨基葡萄糖或葡萄糖或 ADP-核糖，糖基化和磷酸化相互平衡协调
(Pr)—Ser/Thr-O-PO4 ↓↑
(Pr)—Ser/Thr ↓↑
GN/Glc
(Pr)—Ser/Thr-O-
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3 蛋白质的糖化
• 通过非酶催化的 化学反应糖和蛋 白质的连接，如 胶原上的羟赖氨 酸的糖化
• 一些在体液中的 糖蛋白也可能被 糖化
• 核酸内碱基上的 氨基也能发生糖 化反应
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糖化和疾病
• 血红蛋白和血清白蛋白均可被糖化。特别是一些在 体内周转速度很慢、乃致终生不代谢的蛋白质，如 眼睛中的晶体蛋白。晶体蛋白经葡萄糖糖化的产物 ，不被降解，长期的累积可导致老年人的白内障
•“刷毛”由核心蛋白组成 ，硫酸角质素和硫酸软骨 素以O-连接与其共价相连 ，而较小的寡糖在核心蛋 白的透明质酸结合位点附 近以N-连接与其相连。
•许多蛋白聚糖的相对分子 量可高达千百万道尔顿。
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（一）糖蛋白的分布
• 糖蛋白在病毒到人类的所有生物体中都 存在，包括动物、植物和微生物
• 主要存在于体液、细胞的表面以及与分 泌有关的细胞器的腔面
• 在细胞内部的胞液和核内没有组成型的 糖蛋白，只有动态调节过程中形成的带 有单个N-乙酰氨基葡萄糖修饰的蛋白质
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（二）糖蛋白的分类
• 组成型糖蛋白
– N-糖链 – O-糖链
• 可调型的糖蛋白

糖缀合物(糖复合物)：糖类物质与蛋白质或脂 类等生物分子形成的共价缀合物,如,糖蛋白和 糖脂. 糖衍生物（ Sugar derivatives ）：糖胺、糖 酸和糖酯
二.单糖的结构和性质



(一).单糖的链状结构 (二).单糖的环状结构 (三).单糖的构象 (四).单糖的物理和化学性质
左上右下
CH 2OH O H OH
CHO
CH 2OH CHO
α-D-葡萄糖
CHO
CH 2OH O OH H
β-D-葡萄糖
果糖的Haworth式
HOH 2C H O CH 2OH OH
O CH2OH
α-D-呋喃果糖
HOH 2C H O OH CH 2OH
CH 2OH O
OH
α-D-吡喃果糖
O OH CH2OH
丙酮糖
旋光异构体的数目
己醛糖
己酮糖
（ 2n ）
24=16
23=8
* * * * HOCH 2CH CH CH CHCHO OH OH OH OH * * * HOCH 2CH CH CH C CH2OH OH OH OH O
Fischer 投影式
COOH OH H CH3
CHO H OH CH2OH D-(+)甘油醛
HO H C O CHO H OH C O
CH 2OH
CH 2OH
CH 2OH
β-D-葡萄糖（63%）
0.1%
α-D-葡萄糖（37%）
α-D-葡萄糖和β-D-葡萄糖，二者互称异头物。
Fisher投影式环状结构的氧桥过长，不尽合理。

1926年英国化学家Haworth 建议使用 Boeseken首次提出的一种透视式来表示单糖的 环状结构

第一章：序言糖生物学：广义来说，糖生物学可定义为研究自然界广泛分布的糖类（糖链和聚糖）其结构、生物合成及生物学的一门学科糖缀合物：单糖、寡糖或多糖与蛋白质和脂质连接形成糖缀合物一种酶，一连键规则：由于糖基转移酶对供体和接纳体有严格的专一性要求，在特异的连键上一种酶只能添加一种形式的糖微不均一性:在一种特殊型细胞中的一种给定蛋白质的任何给定糖基化位点上合成的聚糖的精确结构中发现有一定范围的变化聚糖功能的研究方法：1 应用凝集素或抗体对特异聚糖的定域或干扰2 利用糖基化的代谢抑制或变更3 发现特异性受体的天然聚糖配体4 发现识别特异聚糖的受体5 可溶性聚糖或结构模拟物的干扰6 应用糖苷酶去除特异的聚糖结构7 对天然或遗传工程的聚糖突变株进行研究8 对天然或遗传工程的聚糖受体突变株的研究第二章：糖的结构和性质α-D-吡喃葡萄糖 α-D-吡喃半乳糖 β-D-吡喃甘露糖单糖的物理、化学性质第三章：单糖代谢转运子的分类：易扩散转运子（GLUT ）特点：不需能量 ，Km=2-20mmol/l能量依赖型转运子特点：需能，转运效率高 （1）离子偶联型：钠-葡萄糖转运子SGLT,Km=1mmol/l （2）ATP 依赖的磷酸化偶联型：Km 微摩尔数量级（细菌）胞内单糖的来源：（1）胞外糖源（2）胞内糖源（补救途径）单糖在细胞的代谢过程（以Man 为例）细胞外的Man 被细胞膜上的甘露糖转运子转移到细胞内，在细胞质中在甘露糖激酶的作用下形成Man-6-P 。

在磷酸变位酶的作用下Man-6-P 转变为Man-1-P ，Man-1-P 与GTP 反应，脱去一个焦磷酸，生成GDP-Man 。

GDP-Man 被糖核苷酸转运子转移到内质网和高尔基体中，进行糖缀合物的合成，最后为分泌到细胞膜或分泌到细胞外这是胞外糖源途径，单糖在细胞内的代谢还有另一种途径，即补救途径溶酶体中的糖缀合物被水解酶水解，产生的甘露糖被转运到细胞之内，按照胞外糖源途径参与代谢。