第十九章 糖蛋白
第十九章糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质
Glycoprotein、Proteoglycan and Extracellular matrix
一、授课章节及主要内容：第十九章糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质
二、授课对象:临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制）
三、授课学时：2学时
本章共2节课时（每个课时为45分钟）。讲授安排如下：
四、教学目的与要求：
糖蛋白的基本结构、连接方式，蛋白聚糖中重要的糖胺聚糖种类，细胞外基质基本组成成分。
五、重点与难点
糖蛋白的连接方式及蛋白聚糖中糖胺聚糖种类
六、教学方法及安排
自学为主。本章与《糖代谢》一章一起授课，共8学时。
七、主要外文专业词汇
糖蛋白(Glycoprotein)
N-连接糖蛋白（N-linked glycoprotein）
O-连接糖蛋白（O-linked glycoprotein）
蛋白聚糖(Proteoglycan)
硫酸软骨素（chordroitin sulfate）
硫酸角质素(keratan sulfate)
硫酸皮肤素(dermatan sulfate)
透明质酸(hyaluronic acid)
肝素(heparin)
硫酸类肝素(heparan sulfate)
细胞外基质(Extracellular matrix)
胶原（collagen）
纤连蛋白（fibronectin,Fn）
层粘连蛋白（laminin,Ln）
八、思考题
1.糖蛋白、蛋白聚糖、细胞外基质的基本结构
2.糖蛋白中聚糖的生物学功能
3.重要的糖胺聚糖的种类
九、教材：《生物化学》第六版（人民卫生出版社）
十、授课内容
第一节糖蛋白
Glycoprotein
一、糖蛋白的结构：
组成糖蛋白分子中聚糖的单糖有7种：葡萄糖、半乳糖、甘露糖、N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、岩藻糖和N-乙酰神经氨酸。
（一）聚糖与蛋白连接方式
聚糖可经两种方式与蛋白质部分连接，即N-连接糖蛋白（N-linked glycoprotein）和O-连接糖蛋白（O-linked glycoprotein）。（见六版教材P400图）
图N-连接寡糖和O-连接寡糖
1. N-连接糖蛋白
1）糖基化位点：聚糖中的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。但是并非糖蛋白分子中所有天冬酰胺残基都可连接聚糖，只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸组成的序列子才有可能，这一序列被称为糖基化位点。
2）N-连接聚糖结构：
N-连接聚糖可分为三型：①高甘露糖型【图19-1（1）】；②复杂型【图19-1（2）】；③杂合型【图19-1（3）】。这三型N-连接聚糖都有一个五糖核心。高甘露糖型在五糖核心上连接2～9个甘露糖，复杂型在五糖核心上可连接2、3、4或5个分支糖链，宛如天线状，天线末端常连有N-乙酰神经氨酸。杂合型则兼有二者的结构。（见六版教材图19-1）
图19-1 N-连接寡糖
3）N-连接聚糖的合成
合成场所：粗面内质网和高尔基体中
糖基供体形式：核苷二磷酸单糖
糖链载体：长萜醇
酶：由特异糖基转移酶将单糖转移至长萜醇
合成过程：（见六版教材图19-2）
图19-2 长萜醇-P-P寡糖的合成
2 .O-连接糖蛋白
1）O-连接糖蛋白的结构：N-乙酰半乳糖胺与多肽链的丝氨酸或苏氨酸残基的羟基相连形成O-连接糖蛋白。它的糖基化位点的确切序列还不清楚。
2）O-连接寡糖的合成：O-连接寡糖的合成是在多肽链合成后进行的，而且没有糖链载体。
二、糖蛋白聚糖链的功能
糖蛋白的功能十分广泛。
（一）聚糖链对糖蛋白生物活性的影响
一般来说，去除聚糖链的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，说明聚糖链可保护肽链，延长半寿期。
（二）聚糖链对糖蛋白新生肽链的影响
糖蛋白的N-连接寡糖链参与新生肽链的折叠并维持蛋白质正确的空间构象。如除去某一病毒G蛋白2个糖基化位点后，此G蛋白就不能形成正确的链内二硫键而错配成链间二硫键，空间构象改变。
糖蛋白的聚糖链可影响糖蛋白在细胞内的分拣和投送，例如，溶酶体酶的糖链末端的甘露糖被磷酸化成6-磷酸甘露糖，就能定向转移至溶酶体内，若不被磷酸化，那么溶酶体酶只能分泌至血浆，而溶酶体内几乎没有酶，导致疾病产生。
（三）聚糖链的分子识别作用
例如，受体与配体识别与结合也需要聚糖链参与。红细胞的血型物质含糖达80%~90%,血型物质A和B均是在血型物质O的糖链非还原端各加上N-乙酰半乳糖和半乳糖，仅一个糖基之差。
第二节蛋白聚糖
Proteoglycan
蛋白聚糖主要由糖胺聚糖共价连接于核心蛋白所组成。
糖胺聚糖必须含有糖胺而得名，可以是葡萄糖胺或半乳糖胺。糖胺聚糖是由二糖单位重复连接而成，不分支，二糖单位中除了1个是糖胺外，另1个是糖醛酸，可以是葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸。
一、重要的糖胺聚糖
体内重要的糖胺聚糖有6种：硫酸软骨素（chordroitin sulfate）、硫酸角质素(keratan sulfate)、硫酸皮肤素(dermatan sulfate)、透明质酸(hyaluronic acid)、肝素(heparin)和硫酸类肝素(heparan sulfate)。除透明质酸外，其他的糖胺聚糖都带有硫酸。它们的二糖单位分别是（见六版教材P404图）
图糖胺聚糖的二糖单位
二、核心蛋白
与糖胺聚糖共价结合的蛋白质称为核心蛋白。由于糖胺聚糖上羧基或硫酸根均带有负电荷，彼此相斥，所以在溶液内蛋白聚糖呈瓶刷状（见六版教材图19-3）。
图19-3 骨骺软骨蛋白聚糖聚合物
三、蛋白聚糖的生物合成
在内质网上，蛋白聚糖先合成核心蛋白的多肽链，多肽链合成的同时即以O-连接或N-连接的方式在丝氨酸或天冬酰胺残基上进行糖链加工。
四、蛋白聚糖的功能
蛋白聚糖最主要的功能是构成细胞间的基质。由于糖胺聚糖是多阴离子化合物，结合Na+、K+，从而吸收水分子，糖的羟基也是亲水的，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而形成凝胶，容许小分子化合物自由扩散而阻止细菌通过，起保护作用。
第三节细胞外基质
Extracellular matrix
细胞外基质主要由纤维状的胶原蛋白、透明质酸、蛋白聚糖和糖蛋白构成，本节仅就细胞外基质的主要成分胶原（collagen）、纤连蛋白（fibronectin,Fn）和层粘连蛋白（laminin,Ln）作一结构的介绍。
一、胶原（collagen）
胶原是结缔组织的主要蛋白质成分，约占机体总蛋白的25%。
（一）胶原的分子组成和分型
胶原经超速离心后可分得3个组分，即α、β、γ，其中β和γ分别是α的二聚体和三聚体。α组分又分为α1、α2、α3和α4，它们在氨基酸组成上有所不同。
目前胶原至少已发现有18型，其中5型常见的胶原分子组成及分布列于表19-1。
表19-1 5型胶原蛋白的结构及组织分布
（二）胶原的氨基酸组成
甘氨酸占胶原氨基酸残基的1/3，脯氨酸约占1/4，尚有羟赖氨酸和羟脯氨酸。
（三）胶原分子空间构象
胶原基本结构单位为三股链，以右手螺旋方式，相互绕成三股螺旋（见六版教材图19-4），被称作原胶原。三股螺旋中心的空间只能容纳氢原子。甘氨酸的存在成为形成三股螺旋的重要条件，通过其-NH-氢原子与相邻肽链的C=O基团形成氢键，使三股链相连以形成稳定的空间结构，脯氨酸或羟脯氨酸N端所参与的C-N键的键角大小，恰好使所形成的每一股链的空间构象最终组成三股螺旋。
图19-4 原胶原的三股螺旋结构
具有三股螺旋结构的原胶原分子通过侧向排列成胶原微纤维，再形成长达几个mm的微纤维，微纤维进一步侧向排列形成胶原纤维，正由于胶原纤维具有这样特殊的分子结构，才进而产生了能承受巨大外力的能力。
原胶原→胶原微纤维→微纤维→胶原纤维
二、纤连蛋白（fibronectin，Fn）
纤连蛋白是一个多功能的糖蛋白，广泛存在于细胞外基质、基底膜及各种体液中。
纤连蛋白由分子量25万左右的单体组成二聚体，也有以多聚体形式存在。纤连蛋白的一级结构由3种不同类型的内在序列同源结构重复出现而构成。Ⅰ型同源结构形同两个相连的指圈，由链内的两个二硫键形成，一个纤连蛋白分子重复出现12个Ⅰ型同源结构，两个Ⅰ型同源结构的同源性达18%~60%。Ⅱ型同源结构前后毗邻，同源性约50%。每分子纤连蛋白至少有16个Ⅲ型同源结构，其同源性仅为30%左右。
纤连蛋白是一个大分子糖蛋白，含糖量通常在5%~20%范围内，主要为N-糖链。（见六版教材图19-6）
图19-6 纤连蛋白的3种同源结构
三、层粘连蛋白（laminin，Ln）
层粘连蛋白是一种多结构域构成的糖蛋白，它是3条多肽链（A、B1或B2）通过二硫键连接而成的。电镜显示Ln的3条链排列成十字形（图20-7），A链C端为一庞大的球形结构，是硫酸肝素蛋白聚糖的结合位点，N端为一小球形结构，其间还有两个相同大小的球形结构。B链的N端为一小球，近分子中心处又有一个小球，构成与Ⅳ型胶原结合的区域。（见六版教材图19-7）
图19-7 层粘连蛋白分子结构
Ln是一个含糖达12%~15%的糖蛋白，绝大部分的糖链为复杂型N-糖链。基本特征为：末端存在半乳糖，也有唾液酸和多聚乙酰氨基乳糖结构。