第11章生化(劉建華)

1、Chapter 11:Carbohydrates 第11章：糖 食物中的糖是重要的能源。淀粉是植物類食物，是葡萄糖的聚合物。淀粉斷裂成葡萄糖。葡萄糖進(jìn)一步分解產(chǎn)生ATP，以及其它分子合成的原料。 糖是多羥基醛或多羥基酮。由于它們在生物體內(nèi)有很多功能，因此地球大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)有糖參與。糖是能量儲存物質(zhì)、燃料、和代謝中間產(chǎn)物。核糖和脫氧核糖是核酸結(jié)構(gòu)骨架的一部分。多糖是細(xì)菌和植物細(xì)胞壁的主要成分，是地球生物圈含量最多的有機(jī)物質(zhì)之一。糖能夠修飾很多蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子，它們參與細(xì)胞通訊，細(xì)胞與環(huán)境物質(zhì)的相互作用等。 糖參與細(xì)胞間相互作用的原因在于糖分子結(jié)構(gòu)差異大。糖由單糖構(gòu)成。單糖大多含有3 9個(gè)碳原子，

2、這些單糖分子的大小和碳原子的立體結(jié)構(gòu)不同。單糖分子相互聯(lián)結(jié)起來形成寡糖。寡糖的可能數(shù)量使這類分子信息量很大。當(dāng)寡糖與蛋白質(zhì)結(jié)合使蛋白質(zhì)產(chǎn)生不同的免疫原性。闡明連接于蛋白質(zhì)分子上的寡糖結(jié)構(gòu)及這種連接于蛋白質(zhì)分子上的寡糖結(jié)構(gòu)及這種寡糖對蛋白質(zhì)功能的影響是蛋白組學(xué)的一個(gè)巨寡糖對蛋白質(zhì)功能的影響是蛋白組學(xué)的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。實(shí)際上，有人已經(jīng)給這方面的內(nèi)容取大挑戰(zhàn)。實(shí)際上，有人已經(jīng)給這方面的內(nèi)容取名為糖組學(xué)。名為糖組學(xué)。最小的單糖是三碳糖(triose)，即三碳原子構(gòu)成的二羥基酮或二羥基醛。二羥基丙酮有一個(gè)酮基，甘油醛有一個(gè)醛基。甘油醛有一個(gè)不對稱碳原子，因此有立體異構(gòu)體（D-甘油醛和L-甘油醛）。這兩種異

3、構(gòu)體是對映體(enantiomers)，相互之間成鏡像體。前綴D-, L-表示這兩種異構(gòu)體的絕對構(gòu)型。Fischer投影式：不對稱碳原子不對稱碳原子朝向讀者的化學(xué)鍵置于水平朝向讀者的化學(xué)鍵置于水平位置，而背離讀者的化學(xué)鍵位置，而背離讀者的化學(xué)鍵置于垂直位置。置于垂直位置。D-和和L-構(gòu)型只表示離羰基或醛基最遠(yuǎn)的那個(gè)不對稱碳原子的構(gòu)型。構(gòu)型只表示離羰基或醛基最遠(yuǎn)的那個(gè)不對稱碳原子的構(gòu)型。 triose tetrose pentose hexose 七碳糖（heptoses） D-赤蘚糖 (D-erythrose)和D-蘇糖(D-thresoe)表示第三個(gè)碳原子有相同構(gòu)型（它們都是D-型），但是它

4、們第二個(gè)碳原子構(gòu)型相反。因此是非對映體(diastereoisomers)，兩者相互之間不是鏡像。圖11.2列出了一些常見的D-醛基糖。D-核糖（RNA的糖基組分）是五碳原子醛基糖。D-葡萄糖、D-甘露糖、和D-半乳糖是含量最多的六碳原子醛基糖。D-葡萄糖和D-甘露糖只是第二個(gè)碳原子的構(gòu)型不同。只有一個(gè)不對稱碳原子構(gòu)只有一個(gè)不對稱碳原子構(gòu)型不同的糖稱為型不同的糖稱為差向異構(gòu)體差向異構(gòu)體(epimers)。因此，D-葡萄糖和D-甘露糖的差向異構(gòu)位點(diǎn)是C-2；而D-葡萄糖和D-半乳糖的差向異構(gòu)位點(diǎn)是C-4。圖圖11.2 含有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)碳原子的含有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)碳原子的D-醛基糖

5、醛基糖。D-醛基糖有醛基（藍(lán)色）、離醛基最遠(yuǎn)的不對稱碳原子（紅色）是D-型。每個(gè)碳原子的序號依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)命名法標(biāo)出。每個(gè)碳原子的序號依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)命名法標(biāo)出。六碳原子以內(nèi)的D-酮基糖。其中二羥基丙酮是最簡單的酮基糖。酮基糖的不對稱碳原子數(shù)目比相應(yīng)的醛基糖少。D-果糖果糖是含量最豐富的酮基糖。五碳糖和六碳糖環(huán)化成呋五碳糖和六碳糖環(huán)化成呋喃和吡喃結(jié)構(gòu)喃和吡喃結(jié)構(gòu) 核糖、葡萄糖、果糖，以及其它核糖、葡萄糖、果糖，以及其它的糖在水溶液的構(gòu)型主要是環(huán)狀，的糖在水溶液的構(gòu)型主要是環(huán)狀，而不是線狀。而不是線狀。原因是環(huán)狀比線狀穩(wěn)定，能量低。成環(huán)的基礎(chǔ)是醛基或酮基與羥基自動(dòng)縮合，形成半縮醛（酮）。線狀葡萄糖醛基與分子內(nèi)

6、C-5的羥基自動(dòng)縮合，形成半縮醛。產(chǎn)生六元環(huán)（類似吡喃，圖11.4），因此稱為吡喃糖。線狀果糖分子的C-2是酮基，與分子內(nèi)羥基縮合形成五元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此稱為呋喃糖。圖圖11.4 吡喃糖的形成吡喃糖的形成。線狀葡萄糖分子的C-5羥基攻擊C-1醛基，形成分子內(nèi)半縮醛。所形成的兩個(gè)異頭物分別稱為a- 和b- 。新生羥基與平面新生羥基與平面CH2OH異側(cè)。異側(cè)。新生羥基與平面新生羥基與平面CH2OH異側(cè)。異側(cè)。圖圖11.5 呋喃糖的形成。呋喃糖的形成。線狀果糖分子的C-5羥基攻擊C-2酮基，形成分子內(nèi)半縮酮。所形成的兩個(gè)異頭物分別稱為a- 和b- 。此處只畫出a-異構(gòu)體。用Haworth投影式表示吡喃

7、型葡萄糖和呋喃型果糖結(jié)構(gòu)（圖11.4和11.5）。在這種投影結(jié)構(gòu)式中，（1）沒有特異標(biāo)出環(huán)的碳原子；（2）環(huán)平面與紙平面垂直；（3）粗線朝向讀者。與Fischer投影式類似，Howorth投影式是易于畫繪的糖分子立體結(jié)構(gòu)式。圖圖11.6 11.6 果糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)果糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。果糖既能形成五元的呋喃糖，也能形成六元的吡喃糖。兩種糖都有a- 和b-結(jié)構(gòu)。吡喃糖環(huán)的構(gòu)型吡喃糖環(huán)的構(gòu)型 六元吡喃環(huán)不是平面結(jié)構(gòu)，原因是飽和碳原子的幾何形狀是四面體。 吡喃環(huán)構(gòu)型有兩個(gè): 椅式和船式（圖11.7）。椅式吡喃環(huán)上的化學(xué)鍵有軸式（axial) 和平式 (equatorial)兩種取向。軸式鍵與吡喃環(huán)平面幾乎垂

8、直，而平式鍵與吡喃環(huán)幾乎平行。如果軸式取代基團(tuán)位于吡喃環(huán)同側(cè)，這些取代基團(tuán)之間有立體障礙。相反，平式取代基不擁擠。b-D-吡喃型葡萄糖椅式結(jié)構(gòu)多，船式結(jié)構(gòu)少。原因在于椅式環(huán)上所有的軸式鍵連接基團(tuán)都是氫原子，而較大基團(tuán)如-OH, CH2OH都在平式鍵上，立體障礙小。圖圖11.7 b-b-D-吡喃型葡萄糖椅式結(jié)構(gòu)和船式結(jié)構(gòu)吡喃型葡萄糖椅式結(jié)構(gòu)和船式結(jié)構(gòu)。因椅式結(jié)構(gòu)吡喃環(huán)連接的氫原子在軸式化學(xué)鍵上，立體障礙小，故這種結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢?？s寫：a：軸鍵；e：平鍵。吡喃糖環(huán)構(gòu)型也是折疊結(jié)構(gòu)，要么是C-3，要么是C-2翹起，與C-5處于平面的同側(cè)。這些構(gòu)型分別叫C-3和C-2內(nèi)折。圖圖11.8 b-b-D-核糖的

9、信封構(gòu)型。核糖的信封構(gòu)型。C-3內(nèi)折和C-2內(nèi)折的b-D-核糖的信封構(gòu)型。有四個(gè)原子（用紅色涂出）幾乎在同一平面上。單糖與醇羥基或氨基形單糖與醇羥基或氨基形成的連接叫糖苷鍵成的連接叫糖苷鍵 單糖的半縮醛能夠與羥基或氨基反應(yīng)。在酸酸催化下，葡萄糖與甲醇反應(yīng)。異頭碳原子(C-1，使半縮醛）與甲醇的羥基反應(yīng)糖縮醛，也叫糖苷。反應(yīng)產(chǎn)物有兩種，甲基a-D-吡喃葡萄糖苷和甲基b-D-吡喃葡萄糖苷。這兩種糖苷的唯一區(qū)別就在于C-1的構(gòu)型。C-1與羥基氧原子之間的化學(xué)鍵叫O-糖苷鍵糖苷鍵。而C-1與氨基氮原子之間的化學(xué)鍵叫N-糖糖苷鍵苷鍵。核苷的核糖與堿基之間的化學(xué)鍵就是N-糖苷鍵。圖11.9列出了其它一些重

10、要的修飾糖。C-1與氨基氮原子之間的化學(xué)鍵叫N-糖苷鍵糖苷鍵。核糖與堿基之間的化學(xué)鍵就是N-糖苷鍵。 由于缺乏游離醛基或酮基，糖苷（如甲基a-D-吡喃葡萄糖苷）就顯得化學(xué)穩(wěn)定。有游離的醛基或酮基的糖有游離的醛基或酮基的糖能夠?qū)⒍r(jià)銅離子轉(zhuǎn)化成單價(jià)銅離子（即能夠?qū)⒍r(jià)銅離子轉(zhuǎn)化成單價(jià)銅離子（即Fehlings reaction)，因此利用這個(gè)反應(yīng)就能檢測具有還原性質(zhì)的，因此利用這個(gè)反應(yīng)就能檢測具有還原性質(zhì)的糖。糖。不能發(fā)生反應(yīng)的糖叫非還原糖。還原糖常常能與其他分子發(fā)生非特異性結(jié)合。例如，具有還原性的葡萄糖能與血紅蛋白結(jié)合形成糖基化血紅蛋白。糖基化血紅蛋白量的改變用來檢測糖尿病治療的效果（糖尿病是

11、血糖水平過高的疾?。?。血紅蛋白的糖基化修飾不影響血紅蛋白的氧結(jié)合能力。圖圖11.9 修飾單糖。修飾單糖。可以用其它化學(xué)基團(tuán)（紅色）替代羥基的修飾糖。細(xì)胞表面常常有這些修飾糖。磷酸化糖：能量產(chǎn)生和生物合成的關(guān)鍵中間產(chǎn)物磷酸化糖：能量產(chǎn)生和生物合成的關(guān)鍵中間產(chǎn)物 糖的磷酸化修飾與糖代謝關(guān)聯(lián)密切，是常見的糖修飾。（1）葡萄糖降解獲取能量的第一步是將葡萄糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡萄糖。后續(xù)代謝中間體還有幾個(gè)磷酸化糖，如二羥基丙酮磷酸，甘油醛-3-磷酸。（2）磷酸化使糖帶陰離子，與脂質(zhì)雙層膜交聯(lián)而不會自動(dòng)離開細(xì)胞。（3）磷酸化使糖易于與其它分子連接。例如多磷酸化的核糖衍生物是嘌呤和嘧啶核苷酸生物合成的中間體。單

12、糖連接成復(fù)雜的糖 用O-糖苷鍵將二個(gè)或多個(gè)糖分子連接的產(chǎn)物是寡糖寡糖。麥芽糖(maltose ，圖11.10）是一個(gè)葡萄糖的C-1碳原子（a-型）與另一個(gè)葡萄糖的C-4羥基形成O-糖苷鍵的二糖。這個(gè)糖苷鍵處于吡喃平面下方。因此麥芽糖的糖苷鍵是a-1,4-糖苷鍵。因單糖有多個(gè)羥基，可形成的糖苷鍵多樣，能產(chǎn)生多種多樣的異構(gòu)體，使糖成為結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的生物分子。拐角是碳原子嗎？蔗糖、乳糖和麥芽糖是最常見的二糖，蔗糖、乳糖和麥芽糖是最常見的二糖，用O-糖苷鍵連接，在自然界含量豐富（圖11.11）。蔗糖可以從甘蔗(cane)和甜菜(beet)中獲取。葡萄糖與果糖的異頭碳原子之間用糖苷鍵連接，形成蔗糖。因此

13、蔗糖不是還原糖（它們沒有醛基或酮基）。用蔗糖酶能將蔗糖轉(zhuǎn)化成單糖。 乳糖是奶汁的糖分，是b-1,4-糖苷鍵連接半乳糖和葡萄糖的產(chǎn)物。人類乳糖酶和細(xì)菌b-糖苷酶能將乳糖降解成半乳糖和葡萄糖。麥芽糖是兩個(gè)a-D-葡萄糖分子用a-1,4-糖苷鍵連接的產(chǎn)物。淀粉水解產(chǎn)生麥芽糖，麥芽糖酶又能將麥芽糖水解成葡萄糖。蔗糖酶、乳糖酶和麥芽糖酶位于小腸表皮細(xì)胞的外層（圖11.12）。圖圖11.12 小腸微絨毛的電子顯微鏡圖譜。小腸微絨毛的電子顯微鏡圖譜。內(nèi)皮細(xì)胞膜向外凸起的微絨毛有水解糖的乳糖酶和其它酶。 糖原和淀粉是糖的儲存形式糖原和淀粉是糖的儲存形式 寡糖進(jìn)一步聚合成更大的多糖。多糖在能量儲存和維持生物體結(jié)

14、構(gòu)完整性方面起非常重要的作用。如果所有的組分都是一樣的，這種聚合物叫均聚物。動(dòng)物體內(nèi)最常見的均聚物是糖原。糖原是能量存儲的形式，由葡萄糖聚合形成的分支鏈聚合物。葡萄糖之間的連接多數(shù)是a-1,4-糖苷鍵。但是大約每10個(gè)葡萄糖單位就有一個(gè)分支，分支處是a-1,6-糖苷鍵（圖11.13）。 淀粉是植物碳水化合物的營養(yǎng)儲存物。淀粉分直鏈淀粉直鏈淀粉(amylose)和支鏈淀粉支鏈淀粉(amylopectin)兩類。直鏈淀粉只有a-D-1,4-糖苷鍵。支鏈淀粉含有a-D-1,4-糖苷鍵和a-D-1,6-糖苷鍵。a-D-1,6-糖苷鍵構(gòu)成支鏈淀粉的分支。每每30個(gè)個(gè)a-D-1,4-糖苷鍵就有一個(gè)a-D-

15、1,6-糖苷鍵。因此支鏈淀粉與糖原類似，只是分支程度比糖原低些。人類消化的糖類，一半以上來自淀粉。a淀粉酶能迅速降解直鏈淀粉和支鏈淀粉。唾液腺和胰臟能分泌a淀粉酶。纖維素是植物主要的結(jié)構(gòu)組分，是葡萄糖的線性聚合物纖維素是植物主要的結(jié)構(gòu)組分，是葡萄糖的線性聚合物（1）纖維素是植物體內(nèi)葡萄糖的另一種主要聚合物，起結(jié)構(gòu)作用而不是營養(yǎng)作用。纖維素是生物圈含量最豐富的有機(jī)物之一。每年地球合成和降解的纖維素達(dá)1015 Kg。（2）纖維素是b-1,4-糖苷鍵連接的葡萄糖聚合物，b構(gòu)型使淀粉能形成很長的直鏈聚合物。平行排列的直鏈纖維素分子之間用氫鍵纖維素分子之間用氫鍵連接連接，形成纖維。a-1,4糖苷鍵連接的

16、淀粉和糖原的分子結(jié)構(gòu)與纖維素就明顯不同。纖維素是直鏈，而糖原和淀粉形成中空的螺旋。（3）a和b糖苷鍵連接形成葡萄糖聚合物結(jié)構(gòu)的差異具有重要的意義。b-糖苷鍵連接的直鏈纖維素適于構(gòu)建高拉力強(qiáng)度的纖維，而a-糖苷鍵連接的淀粉和糖原適于儲存葡萄糖。（4）盡管哺乳動(dòng)物缺乏纖維素酶因此不能消化木質(zhì)纖維和植物纖維，但是纖維素和其他植物纖維仍然是我們每日膳食的重要組分之一。膳食纖維產(chǎn)生飽感；可溶性纖維如pectin (果膠)能延緩食物通過腸道的運(yùn)動(dòng)，使?fàn)I養(yǎng)的消化與吸收達(dá)到最佳狀態(tài)。不溶性纖維（如纖維素）能增加消化產(chǎn)物穿過大腸的速度。增加速度可以大大縮短我們接觸膳食毒素的時(shí)間。 圖圖11.4 糖苷鍵決定多糖結(jié)

17、構(gòu)。糖苷鍵決定多糖結(jié)構(gòu)。b-1,4-糖苷鍵有利于多糖形成直鏈結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)適于充當(dāng)結(jié)構(gòu)物質(zhì)。a-1,4-糖苷鍵有利于多糖鏈的扭曲成螺旋，使之適合充當(dāng)儲存分子。葡糖胺聚糖是由二糖單位重復(fù)構(gòu)建的陰離子多糖葡糖胺聚糖是由二糖單位重復(fù)構(gòu)建的陰離子多糖 蛋白多糖是蛋白質(zhì)與葡糖胺聚糖(或稱氨基葡聚糖、粘多糖，glycosaminoglycan)的連接產(chǎn)物。多糖組分占整個(gè)分子質(zhì)量的95%以上，因此蛋白多糖更像多糖。蛋白多糖是粘聯(lián)組織的粘聯(lián)潤滑劑和結(jié)構(gòu)成分。在其他組織，蛋白多糖參與細(xì)胞與胞外基質(zhì)的粘附、作為結(jié)合因子刺激細(xì)胞繁殖。 蛋白多糖的性質(zhì)主要取決于葡糖胺聚糖葡糖胺聚糖。很多葡糖胺聚糖由二糖重復(fù)單位構(gòu)成，

18、每個(gè)單位有氨基葡萄糖或氨基半乳糖（圖11.15）。在重復(fù)單位內(nèi)至少有一個(gè)糖含有帶負(fù)電荷的羧基或硫酸基。動(dòng)物主要的葡糖胺聚糖是硫酸軟骨素 (chondrotin sulfate)， 硫酸角質(zhì)素(keratin sulfate)，肝素 (heparin)，硫酸皮膚素 (dermatan sulfate)，和乙酰透明質(zhì)酸 (hyaluronan)。不能降解葡糖胺聚糖的患者患有粘多糖儲積?。╩uco- polysaccharidoses)，患者骨骼變形、壽命短。骨骼變形、壽命短。胺基（藍(lán)色），負(fù)電荷基團(tuán)（紅色），各結(jié)構(gòu)單位右邊是葡糖胺衍生物 。蛋白多糖aggrecan和膠原蛋白是軟骨的關(guān)鍵成分。膠原蛋

19、白的三股螺旋提供軟骨的結(jié)構(gòu)支架和拉伸強(qiáng)度，而蛋白多糖充當(dāng)撞擊（shock）的吸收劑。Aggrecan的蛋白組分很大，有2397個(gè)氨基酸殘基，有三個(gè)球狀結(jié)構(gòu)域，葡糖胺聚糖的粘附位點(diǎn)處在球狀結(jié)構(gòu)域2和結(jié)構(gòu)域3之間的伸展區(qū)。在這個(gè)區(qū)域有高度重復(fù)的氨基酸序列，這些高度重復(fù)的氨基酸序列是硫酸角質(zhì)素和硫酸軟骨素的連接位點(diǎn)。第一個(gè)球狀結(jié)構(gòu)域與乙酰透明質(zhì)酸（hyaluronan）非共價(jià)相互作用將很多aggrecan結(jié)合起來，構(gòu)成非常長的纖維（圖11.16）。水分子吸附于葡糖胺聚糖的陰離子上，因此能夠緩沖外在壓力（變形壓擊使被吸附的水分子又噴出散開，抵消外力的撞擊；外壓力消除，葡糖胺聚糖又重新吸附水分子）。軟骨

20、的膠原蛋白和aggrecan發(fā)生蛋白降解會產(chǎn)生骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis) 。圖圖11.16 軟骨蛋白多糖的結(jié)構(gòu)。軟骨蛋白多糖的結(jié)構(gòu)。（A）軟骨蛋白多糖的電子顯微圖譜。中央是乙酰透明質(zhì)酸，蛋白多糖單體有規(guī)則地排列在乙酰透明質(zhì)酸的兩側(cè)。（B）軟骨蛋白多糖的示意圖，其中G是球狀蛋白結(jié)構(gòu)域。 負(fù)責(zé)寡糖組裝的酶：負(fù)責(zé)寡糖組裝的酶：糖基轉(zhuǎn)移酶 糖鏈組裝模式與我們前面介紹的多肽和寡核苷酸組裝模式是不同的。多肽鏈和核酸合成是模板控制單體排列序列，單一組裝機(jī)器負(fù)責(zé)催化所有單體的連接。糖基轉(zhuǎn)移酶對進(jìn)入連接反應(yīng)的糖有不同程度的特異性。因此產(chǎn)生不同的糖苷鍵需要各種各樣的各種各樣的糖基轉(zhuǎn)移酶。 糖基轉(zhuǎn)移酶

21、催化反應(yīng)的通式如圖11.7。要加入的糖基來自活化的糖核苷酸活化的糖核苷酸。糖核苷酸是很多反應(yīng)得中間體。這種反應(yīng)形成糖苷鍵既可能維持糖苷碳原子的構(gòu)型，也可能翻轉(zhuǎn)這個(gè)碳原子的構(gòu)型。一個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶催化形成糖苷鍵有一個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶催化形成糖苷鍵有立體選擇性。立體選擇性。圖圖11.17 糖基轉(zhuǎn)移糖基轉(zhuǎn)移酶催化反應(yīng)的通式酶催化反應(yīng)的通式。需要加入的糖基來自糖核苷酸（這里是UDP-葡萄糖）。糖基的受體是X(可以是單糖，也可以是復(fù)雜的多糖，或蛋白質(zhì)的蘇氨酸或絲氨酸殘基)。圖圖11.18 A，B，O寡糖抗原的結(jié)構(gòu)。寡糖抗原的結(jié)構(gòu)。（圖上半部分）采用符號表示糖結(jié)構(gòu)式是人們普遍使用的表示方法。各個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件用符號表示（

22、列在方框內(nèi)）。 特殊的糖基轉(zhuǎn)移酶催化單糖添加到O-抗原的反應(yīng)。雙親的各方都提供了一種糖基轉(zhuǎn)移酶給孩子。A-型糖基轉(zhuǎn)移酶能夠?qū)-乙酰半乳糖添加到O-抗原，而B-型糖基轉(zhuǎn)移酶能夠?qū)肴樘翘砑拥絆-抗原。這些糖基轉(zhuǎn)移酶有354個(gè)幾乎完全相同的氨基酸殘基（只有4個(gè)氨基酸殘基不同）。O-型糖基轉(zhuǎn)移酶是上述糖基轉(zhuǎn)移酶的突變型，不能將半乳糖或N-乙酰半乳糖加入O-抗原。糖與蛋白連接成糖蛋白 糖與蛋白質(zhì)共價(jià)連接成糖蛋白。（1）糖蛋白糖成分所占的質(zhì)量百分比比蛋白多糖低得多。（2）很多糖蛋白是細(xì)胞膜組分，作用是細(xì)胞粘聯(lián)細(xì)胞粘聯(lián)、精子與卵子結(jié)合。還有些可溶性糖蛋白，如那些分泌到細(xì)胞外的蛋白質(zhì)，包括血清蛋白質(zhì)。（3

23、）糖蛋白的糖基要么用N-糖苷鍵與蛋白的天冬酰胺連接，要么用O-糖苷鍵與蛋白的蘇氨酸或絲氨酸連接（圖11.9）。 天冬酰胺連接糖基需要Asn-X-Ser或Asn-X-Thr序列（其中x是除Pro外任何一種氨基酸）。因此利用氨基酸序列可以推測潛在潛在的糖基化位點(diǎn)。但是，并不是所有的潛在位點(diǎn)都會被糖基化。哪些潛在位點(diǎn)被糖基化取決于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以及表達(dá)這種蛋白質(zhì)的細(xì)胞種類。其它糖基進(jìn)一步連接于核心寡糖導(dǎo)致糖蛋白寡糖部分結(jié)構(gòu)更加多樣化（圖11.20）。 圖11.19 蛋白質(zhì)和糖之間連接的糖苷鍵。糖與天冬酰胺側(cè)鏈連接(N-糖苷鍵)或與絲氨酸或蘇氨酸側(cè)鏈連接(O-糖苷鍵)。糖苷鍵用紅色表示。圖圖11.20

24、 N-連接的寡糖連接的寡糖。五糖核心（灰色陰影區(qū)域）是所有N-連接寡糖所共有的，是形成各種N-連接寡糖的基礎(chǔ)。圖中畫出了兩個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)：（A）高甘露糖型；（B）復(fù)雜型。圖中指出了這些物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖和化學(xué)式。A B血清糖蛋白能顯著改進(jìn)貧血（anemia），尤其是癌癥化療導(dǎo)致的貧血。腎臟分泌紅細(xì)胞生成素(erythropoietin, EPO),能刺激紅細(xì)胞生成。EPO有165個(gè)氨基酸殘基，有三個(gè)天冬酰胺和一個(gè)絲氨有三個(gè)天冬酰胺和一個(gè)絲氨酸殘基發(fā)生糖基化酸殘基發(fā)生糖基化（圖11.21）。成熟EPO有40%的質(zhì)量是糖。糖基化能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)在血液中的穩(wěn)定性。因?yàn)槟I臟能迅速排除血液的沒有糖基化的E

25、PO，所以沒有糖基化的EPO活性只有糖基化的EPO的10%。重組EPO能夠治療貧血。有些運(yùn)動(dòng)員用重組EPO增加紅細(xì)胞數(shù)量，從而增加血液攜帶氧的容量。實(shí)驗(yàn)室檢測實(shí)驗(yàn)室檢測EPO的糖基化差異就的糖基化差異就能夠區(qū)分重組能夠區(qū)分重組EPO和天然和天然EPO，從而確定運(yùn)動(dòng)員，從而確定運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)是否服用體內(nèi)是否服用EPO藥物。藥物。圖圖11.21 與紅細(xì)胞生成與紅細(xì)胞生成素連接的寡糖。素連接的寡糖。紅細(xì)胞生成素有三個(gè)天冬酰胺殘基和一個(gè)絲氨酸殘基與寡糖連接。蛋白結(jié)構(gòu)按大致比例繪出。 教至此處。蛋白質(zhì)糖基化在由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（蛋白質(zhì)糖基化在由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum）和高）和高爾基復(fù)合體爾

26、基復(fù)合體(Goligi complex)構(gòu)成的管道內(nèi)發(fā)生。構(gòu)成的管道內(nèi)發(fā)生。 蛋白質(zhì)糖基化發(fā)生于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體構(gòu)成的管腔中，即細(xì)胞運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的器官（圖11.22）。粘附于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜（面向細(xì)胞質(zhì)的膜面）的核糖體負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)合成。N-糖苷鍵連接的糖基化在ER開始，在Golgi體內(nèi)繼續(xù)。而O-糖苷鍵連接糖苷鍵連接的糖基化只發(fā)生于的糖基化只發(fā)生于Golgi復(fù)合體復(fù)合體。圖圖11.22 高爾基復(fù)合體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。高爾基復(fù)合體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。電鏡照片顯示高爾基復(fù)合體和相鄰的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。面向細(xì)胞質(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上黑色點(diǎn)狀物是核糖體。最終連接于蛋白質(zhì)天冬酰胺的大寡糖，先連接于多萜醇磷酸酯上。多萜醇磷酸酯處于ER膜上，有大約

27、20個(gè)異戊二烯(C5)單位。多萜醇磷酸酯分子末端的磷酸是活化寡糖連接處多萜醇磷酸酯分子末端的磷酸是活化寡糖連接處，然后寡糖轉(zhuǎn)位于合成多肽特定位點(diǎn)的天冬酰胺。ER的管道面負(fù)責(zé)糖的活的管道面負(fù)責(zé)糖的活化、寡糖復(fù)合物的轉(zhuǎn)移?；⒐烟菑?fù)合物的轉(zhuǎn)移。因此，處于細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)是不會參與這一糖基化途徑的。ER管道內(nèi)或ER膜上的蛋白質(zhì)會運(yùn)輸?shù)礁郀柣鶑?fù)合體。在高爾基復(fù)合體內(nèi)，糖蛋白的糖單位會發(fā)生改變、修飾。這里形成O-連接的糖單位，而在ER形成的N-連接的糖在高爾基復(fù)合體內(nèi)發(fā)生不同的修飾。高爾基復(fù)合體是細(xì)胞主要的高爾基復(fù)合體是細(xì)胞主要的分揀中心。分揀中心。（圖11.23）。圖圖11.23 高爾基復(fù)合體是分揀中心

28、。高爾基復(fù)合體是分揀中心。高爾基復(fù)合體是蛋白質(zhì)定位于溶酶體、分泌泡、或細(xì)胞質(zhì)膜的分揀中心。高爾基復(fù)合體的cis面（指面向細(xì)胞核的那一面）接受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)送來的泡，trans面（指面向細(xì)胞質(zhì)膜的那一面）將不同的泡運(yùn)輸?shù)讲煌哪康牡亍＿@些泡也能將蛋白質(zhì)從高爾基體的一個(gè)區(qū)域運(yùn)送到高爾基體的另一區(qū)域。糖基化錯(cuò)誤會致病糖基化錯(cuò)誤會致病 盡管大多數(shù)蛋白質(zhì)糖基化的功能還不清楚，但是現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示糖基化對于蛋白質(zhì)加工、穩(wěn)蛋白質(zhì)加工、穩(wěn)定性、和定位定性、和定位是非常重要的。例如，(1)糖基化是人的鉀離子通道（允許鉀離子通過細(xì)胞膜的通道）穩(wěn)定所必需。糖基化能夠阻止該蛋白的降解。(2)膜蛋白不當(dāng)糖基化導(dǎo)致肌肉異常。 實(shí)際上現(xiàn)有數(shù)據(jù)證實(shí)糖基化異常導(dǎo)致的人類嚴(yán)重遺傳病，這類疾病叫先天性糖基化異常先天性糖基化異常疾病疾病。這些疾病顯示蛋白質(zhì)正確糖基化修飾是非常重要的。粘脂病：mucolipidosisII 或I-cell disease，是溶酶體疾病，患者有嚴(yán)重的精神運(yùn)動(dòng)障礙和骨骼變形。 病因：患者血液含有很高水平的葡糖胺聚糖降解酶。正常人群中，這套酶應(yīng)該定位在溶酶體。也就是說，I-cell疾病將這套消化酶運(yùn)錯(cuò)了地方。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：