第二十章  糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质

大多数真核细胞都能合成一定类型的糖蛋白(glycoprotein)和蛋白聚糖(proteo：dycan)，它们分布于细胞表面、细胞内分泌颗粒和细胞核内,也可被分泌出细胞，构成细胞外基质(extracellularLnatrix，ECLN)成分。糖蛋白和蛋白聚糖都由共价键相连接的蛋白质和糖两部分组成。但一般讲，糖蛋白分子中的蛋白质重量百分比大于糖，而蛋白聚糖中多糖链所占重量在一半以上，甚至高达95％，两者的糖链结构也迥然不同。因此糖蛋白和蛋白聚糖在合成途径和功能上存在显著差异。

第一节          糖  蛋 白

一、糖蛋白的结构

组成糖蛋白分子中糖链的单糖有7种：葡萄糖、半乳糖(galactose，Gal)、甘露糖(Lnannose，LNan)、N-乙酰半乳糖胺(N-acetylgalactosaLnine，GalNAc)、N—乙酰葡糖胺(N—acetylglucosaLnine，GlcNAc)、岩藻糖(fucose，Fuc)和N—乙酰神经氨酸(N-acetylneuraLninicacid，NeuAc)。由这些单糖构成各种各样的寡糖可经两种方式与蛋白部分连接，即N-连接寡糖(N-linkedoligosaccFnaride)和O-连接寡糖(O-linkedoligosaccFnaride)，因此糖蛋白也相应分成N-连接糖蛋白和O-连接糖蛋白。

(一)N－连接糖蛋白

  1．糖基化位点  寡糖中的N—乙酰葡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寡糖。只有特定的氨基酸序列，即Asn-X-Ser／TFnr(其中X可以是脯氨酸以外的任何氨基酸)3个氨基酸残基组成的序列子(sequon)才有可能，这一序列子被称为糖基化位点。1个糖蛋白分子可存在若干个Asn-X-Ser／TFnr序列子，这些序列子只能视为潜在糖基化位点，能否连接上寡糖还取决于周围的立体结构。

   2.N—连接寡糖结构  N-连接寡糖可分为三型：①高甘露糖型[图20-1(1)]；②复杂型[图20-1(2)]；③杂合型[图20-1(3)]。这三型N-连接寡糖都有一个五糖核心(图20-1)。高甘露糖型在核心五糖上连接了2—9个甘露糖，复杂型在核心五糖上可连接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。

    3．N—连接寡糖的合成  N-连接寡糖的合成场所是在粗面内质网和高尔基体中，可与蛋白质肽链的合成同时进行。在内质网上以长萜醇(dolicFnol)作为糖链载体，在糖基转移

酶的作用下先将UDPGlcNAc分子中的GlcNAc转移至长萜醇，然后再逐个加上糖基，糖

基必须活化成UDP或GDP的衍生物，才能作为糖基供体底物参与反应。每一步反应都

有特异性的糖基转移酶催化，直至形成含有14个糖基的长萜醇焦磷酸寡糖结构，其中

含14个糖基的寡糖作为一个整体被转移至肽链的糖基化位点中的天冬酰胺的酰胺氮上

(图20-2)。然后寡糖链依次在内质网和高尔基体进行加工，先由糖苷水解酶除去葡萄糖

和部分甘露糖，然后再加上不同的单糖，成熟为各型N—连接寡糖。

    (二)O-连接糖蛋白    ·

    1.O-连接寡糖结构  寡糖中的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而形成O-连接糖蛋白。它的糖基化位点的确切序列子还不清楚，但通常存在于糖蛋白分子表面丝氨酸和苏氨酸比较集中且周围常有脯氨酸的序列中。O-连接寡糖常由N—乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、N-Z_,酰葡糖胺等单糖

    2．O-连接寡糖的合成  与N-连接寡糖合成不同，O—连接寡糖合成是在多肽链合成后进行的，而且没有糖链载体。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，到高尔基体内完成。

二、糖蛋白寡糖链的功能

    许多执行不同功能的蛋白质都是糖蛋白，因此糖蛋白的功能十分广泛，但长期来对糖蛋白中寡糖链的功能所知甚少。近年随寡糖链功能研究方法的发展，对寡糖链的功能也有所了解。寡糖链不但能影响蛋白部分的构象、聚合、溶解及降解，还参与糖蛋白的相互识别和结合等，这些作用是蛋白质和核酸不能取代的。

    (一)寡糖链对糖蛋白新生肽链的影响

    不少糖蛋白的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。如用核酸点突变的方法，去除某一病毒C蛋白的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，空间构象也发生改变。运铁蛋白受体有3个N—连接寡糖链，分别位于Asn251，Asn317和Asn727。已发现Asn727连接有高甘露糖型寡糖链，与肽链的折叠和运输密切相关，Asn251连接有三天线复杂型寡糖链，此寡糖链对于形成正常二聚体起重要作用。可见寡糖链能影响亚基聚合。

    很多糖蛋白的寡糖链可影响糖蛋白在细胞内的分拣和投送。溶酶体酶合成后被运输至溶酶体内就是一个典型的例子。溶酶体酶在内质网合成后，其寡糖链末端的甘露糖在高尔基体内被磷酸化成6-磷酸甘露糖，然后与存在于溶酶体膜上的6—磷酸甘露糖受体识别并结合，定向转移至溶酶体内。若寡糖链末端甘露糖不被磷酸化，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。

    (二)寡糖链对糖蛋白生物活性的影响

    一般来说，去除寡糖链的糖蛋白，容易受蛋白酶水解，说明寡糖链可保护肽链，延长半衰期。不少酶属于糖蛋白，若去除寡糖链，并不影响酶的活性，但也有些酶的活性依赖其寡糖链，如β-羟β甲戊二酰辅酶A(1-ILNGcoA)还原酶去糖链后其活性降低90％以上，脂蛋白脂酶N-连接寡糖的核心五糖为酶活性所必需。

    免疫球蛋白G(IgG)也是N—连接糖蛋白，其糖链主要存在于Pc段。IgG的寡糖链与IgG结合于单核细胞或巨噬细胞上的Fc受体，对补体Clq的结合和激活以及诱导细胞毒等过程有关。若IgG去除糖链，其绞链区的空间构象遭到破坏，上述与Fc受体和补体的结合功能就丢失。