| 单词 | 糖蛋白的结构与功能 |
| 释义 | 【糖蛋白的结构与功能】 拼译：structure and function of glycoproteins 糖蛋白是与生命有机体的组成密切关联的一类化合物。它分布广泛、结构复杂。从广义上说，蛋白聚糖或粘蛋白也属这类物质。糖蛋白一般包含蛋白质和糖链两部分，这两部分之间是通过共价键相互结合起来的。从某种意义来说，研究糖蛋白的结构与功能主要是侧重于研究糖链的结构与功能。糖链的结构、大小很不均一，其中寡糖链在整个糖蛋白分子中所占的比例变化幅度也大(1%～85%)，它们通常以N－糖苷键或O－糖苷键与蛋白质中的N－天门冬酰胺、丝氨酸或苏氨酸等氨基酸相结合。20世纪70年代以来，学者们对糖蛋白的研究颇感兴趣。其原因是，糖蛋白在调节机体代谢、增强免疫功能、检测某些疾病(如癌症)等方面显得越来越重要。 20世纪60年代以前，研究糖蛋白的目的主要是从糖类可作为生物的能源和骨架出发的。多年来，Wolfron(1980～1969)，一直致力于糖类结构的分类研究，并对糖类的命名和资料的收集编纂做了大量工作。Pigman(1910～1977)在60年代，以唾液中的糖蛋白为材料，开展了研究其结构与功能的试验，所得的结果加深了对粘蛋白的认识，并曾先后于50年代和70年代出版了《碳水化合物》和《糖缀合体》(Glycoconjugates)专著。糖化合物研究虽然起步较早，但在结构与功能方面的进展却很缓慢。比如，Morner在1889年就已从软骨中分离出硫酸软骨素，但直到1951年才确认软骨素分为两类，而搞清硫酸软骨素中糖肽连接点属于O－型糖肽键，则是酶解法建立之后的事。又如，Mclean于1916年第1个从心脏组织中提取出肝素，但是直到1978年Robinson等才证明肝素是一种典型的糖蛋白，对其结构的研究也才有了较大的进展。关于肝素的结构，现在仍有学者在潜心研究。研究糖蛋白糖链结构的方法通常有酶解法、化学法和物理法。酶解法 即用糖苷酶催化糖苷键水解的一种方法。糖苷酶具有专一性，除可水解糖苷键外，还可转移糖基。因此，采用酶解法辅之以化学法，确定糖类化合物中糖苷键、α－或β－异头构型、糖链的组成与序列是一种好方法。糖苷酶有外切酶和内切酶之分，外切糖苷酶对作用的糖苷键的α、β异头构型有极严格的专一性，对糖基一侧的要求也较严格，而内切糖苷酶则对糖基一侧整个寡糖结构有专一要求。糖苷酶发现于19世纪30年代，20世纪初已认识到糖苷酶的专一性是由糖基部分决定的。60年代采用盐析沉淀和各种柱状色谱(如离子交换、凝胶过滤等)法才真正得到专一性强的糖苷酶纯品。后来亲和层析的应用，使纯化该酶的程序得到简化，目前已纯化出数十种糖苷酶。经纯化的糖蛋白，用同位素或其它特异的小分子标记后，再用酶解法分析，其灵敏度可提高几个数量级。化学法 即多糖链经酸水解或者氧化裂解、甲基化反应、β－消去反应等降解步骤后，辅之以同位素或者荧光素的标记，最后用亲和层析或离子交换法、高效液相分离法、气相色谱法、电泳法等手段进行分析的方法。选择性酸水解法是Hough等在70年代报道的，即用硫酸、盐酸和三氟乙酸处理糖蛋白，如果条件(中性糖水解：linol／L H2SO4，100C，6h，2mol／L三氟乙酸，100C，6h，糖醛酸含量在16%～30%，lmol／L N2SO4，100C，18h，三氟乙酸浓度2mol／L)控制得好，可以做到部分水解或彻底水解。将水解产物进行化学反应即可得到三氟乙酰、三甲基硅烷基、糖酯等衍生物。沸点低的物质经气相色谱柱分析，即可了解糖链中单糖的组分。进入20世纪80年代，现代毛细管气相色谱的发展与应用，大大提高了对糖链分析的灵敏度与分辨率。在温和的碱性条件下，O糖苷键的糖蛋白很容易被β－消去反应将丝氨酸和苏氨酸分别转化为2氨基丙烯酸和α－氨基－2－丁烯酸，释放出糖链，尔后通过酸水解、硼氢化钠还原、经氨基酸自动分析仪检测，即可得知被测糖蛋白样品中含多少O－糖苷键。N糖苷键连接的寡糖是经酶彻底水解、过离子交换柱或HPLC，随后用NaBH4还原就可知待测糖蛋白样品中含有多少N－糖苷键。糖苷键位置的确定可用甲基化分析、氧化裂解法来完成。Chambers和Clamp于70年代指出，甲醇－HCL裂解糖蛋白中的糖类生成甲基糖苷或甲基酯，经气相色谱分析，回收率较高的是中性糖。随后，他们还对水解条件及甲基糖苷等物质的稳定性作了进一步的研究。乙酰解作用是酸水解多糖后测定多糖结构的又一种方法。20世纪60～70年代系统作过二糖乙酰解作用的研究，即在醋酸、醋酸酐和硫酸混合作用下，糖链中1－6糖苷键会优先发生，而在酸水解时则是稳定的。氧化裂解法有过碘酸氧化、Smith氧化等，前者能有选择地氧化糖环羟基，根据过碘酸的消耗量与产物(如甲酸)的形成量即可确定糖苷键的位置及支链的多少；后者则是在过碘酸氧化的基础上用硼氢化钠还原，糖环上的醛基生成多羟基化合物，此物经酸水解产生乙醇醛和甘油等产物，由此结构可推断糖链中端基异构的构型。此外，Barry降解法、三氟氧化铬氧化降解法等也可确定糖苷键的位置。目前，凝集素(lectin)也成为分析糖结构的一种工具。凝集素对糖的束缚有很强的专一性，这是用其研究糖结构的主要依据。Sumner等从20世纪30年代就对分离自刀豆种子凝集素(Con．A)的特性以及用其作为纯化糖蛋白的配体进行了深入的研究，现已有一些与Con．A凝集素偶联的亲和吸附剂制品面市，这对分离、纯化以及研究糖蛋白是极有意义的。近来boehrinaner公司制造的digoxigenin-lectins等试剂盒检测糖链中糖的组分，既简单又灵敏。其原理是，利用凝集素对糖束缚的专一性，与固定在硝酸纤维素膜(NC)上的糖蛋白反应，漂洗后，用抗digoxigenin抗体和辣根过氧化物的标记物与digoxigenin－lectins反应，漂洗后呈阳性者表明该糖蛋白可能存在与所用lectin结合的糖类物质。实际上这也是一种酶联免疫吸附测定法，采用该方法，再辅之以过碘酸氧化法等可测定糖链中N－或O－糖链数。物理法 用于分析糖链结构的物理方法，主要有质谱分析、核磁共振谱、红外光谱等，这些方法分辨率高(如一个单糖在红外光谱中呈现数十个峰)，但对样品纯度要求高，结果分析较困难。以上研究糖蛋白中糖链的方法，从一个侧面反映出研究糖蛋白结构的难度。经过多年的研究分析，一般认为糖蛋白有运输物质、凝固血液、催化反应、粘着细胞、支持结构、降低冰点、润滑保护、识别细胞、提高免疫力、增强激素活性等生物学功能。另外，糖蛋白的糖链可作为识别标记物和(或)多肽链构象的决定子，该糖链还可影响糖蛋白与某些分子的结合，改变糖蛋白的溶解度，增高溶液的粘度以及抵抗蛋白酶水解等特性。一般探讨糖蛋白之功能的方法有去糖基化法，用糖苷酶去除糖链，用抑制剂阻断糖链的合成；用基因工程手段使原核细胞产生无糖基化的重组产物，尔后观察糖蛋白的功能变化。此外，用标记的凝集素作探针，也可以研究糖蛋白的结构与功能。Burger等于1960年末发现Con．A可以专一地凝集癌细胞，其理由是癌变细胞表面产生能被凝集的、具有特异糖链的糖蛋白。Yamashita于1989年在检测肝癌患者的肝γ谷氨酰转肽酶时发现，该酶中含有正常细胞不存在的甘露糖型糖链。开展糖蛋白的研究工作，不仅要掌握蛋白质方面的知识，而且要了解糖化学方面的学问。蛋白质本身就很复杂，如在其分子上与有关的糖链连接构成糖蛋白，其复杂程度就更可以想象了。再者，蛋白质与糖链合成的机理是不同的。前者是由基因控制的，合成的肽链是规则的：而后者则是由基因控制的有关酶(如糖基转移酶等)催化完成的，合成的糖链变化大，因为它要受体内形成的酶和核苷酸糖的有无、多少制约，要受机体代谢程度的影响。加之糖链的存在与否，并非都能决定糖蛋白的生物活性有无。尽管研究糖蛋白的困难远不止这些，但是，随着时间的推移，糖蛋白的结构与功能方面的一些不解之迷定会搞清楚的。当前研究的主要热点：(1)探讨糖基化与去糖基化的机理及有关规律；(2)糖苷酶的制备及专一性的研究；(3)完善已有检测糖蛋白的结构与功能方面的方法，建立灵敏、快速、精确的新方法；(4)中草药和藻类等生物中糖蛋白的应用研究。【参考文献】：1 Beeley J G. Glycoprotein and proteoglycan techniques Printed in Belgium, 19852 Armstrong E G.et al. Immunochemistry of Human chori-onic gonadotropin In. Biochemica actions of hormones X I . 1986,91～ 1243 吴东儒，主编．糖类的生物化学．北京：高等教育出版社，19874 Daniel J, et al. Anal. Biochem. 1987,163:204～ 209 5 Sharon N, et al. Lertins. New Dethi Printcd. 1989 6 Yamashita K. et al. J Biochem,1989,105:728～7357 赵永芳，等．生物化学与生物物理进展，1992．20(2)(武汉大学生命科学院赵永芳教授撰) |
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