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话说糖蛋白
林颖韬 1

糖蛋白是由寡糖和多肽链共价修饰连接而形成的一类结合蛋白质。中学生物学教材只简单涉及细胞膜上的糖蛋白受体识别这一生理功能,其实糖蛋白作为生物体内重要生理活性物质,其结构和功能是多样性的。

1 糖蛋白的结构及特点

糖蛋白分子由多肽链和糖两部分组成。糖和多肽链之间通过糖肽键连接而成。

1.1 糖蛋白分子中的多肽链

糖蛋白中多肽链的合成与非糖基化蛋白质基本相同,在粗面内质网进行。所不同的是在多肽链合成的同时或之后,伴有肽链的糖基化作用。糖基化作用始于粗面内质网,经滑面内质网,完成于高尔基体,有的甚至在到达质膜后才最终完成。

1.2 糖蛋白分子中的寡糖链

糖蛋白的寡糖链多有分枝,通常由 2 ~ 10 个单糖基借糖苷键连成聚合体。肽链的糖基化及糖链的延长需要在各种糖基转移酶的催化下进行,糖基转移酶具有严格的特异性。糖链的结构及糖基( 被活化的单糖) 排列顺序虽无模板可循,但却可以由基因通过糖基转移酶而间接控制,包括糖基种类选择、连接位置以及与肽结合的整个合成过程。

糖链对于糖蛋白的空间结构稳定性以及理化性质的维系至关重要,为糖蛋白发挥生物学活性所必需,影响着糖蛋白的抗水解性、抗热性、抗冻性和自身的聚合能力等。

糖链结构的多样性甚至超过多核苷酸及肽链,可以贮存足够的生物信息,并在同种生物不同的组织、同种生物不同发育时期以及不同物种间都有明显的差异性,从而使得糖蛋白在发挥分子及细胞识别等一系列生理功能中起着极其重要的作用。

2糖蛋白的分布及类型

糖蛋白普遍存在于动物、植物及微生物中,种类繁多。按其存在方式可分为可溶性糖蛋白、膜结合糖蛋白和结构糖蛋白三类。

2.1 可溶性糖蛋白

可溶性糖蛋白存在于细胞内液、各种体液及腔道腺体分泌的黏液中,包括很多游离的酶、肽类激素、抗体、补体、干扰素等,血浆蛋白除白蛋白外皆为糖蛋白。可溶性糖蛋白除本身对维持整个机体内环境的稳定具有重要意义外,还具有润滑和保护以及直接参与催化、调节和免疫等极其多样的功能。

2.2 膜结合糖蛋白

其肽链由疏水肽段及亲水肽段组成,糖链连接在亲水肽段并在质膜表面一律朝外,在细胞内膜一般朝腔面。膜结合糖蛋白包括附着的酶、受体、凝集素及运载蛋白等。此类糖蛋白常参与细胞识别,并可作为特定细胞或细胞在特定阶段的表面标志或表面抗原。

2.3 结构糖蛋白

为细胞外基质中的不溶性大分子糖蛋白,例如胶原及各种非胶原糖蛋白。它们的功能不仅仅是作为细胞外基质的结构成分起支持、连接及缓冲作用,更重要的是参与细胞的识别、粘着及迁移,并调控细胞的增殖与分化。

3 糖蛋白的主要生理功能

生物界糖蛋白种类繁多,其执行的具体生物学功能千差万别。目前由于对糖蛋白中糖链的生物学作用还有许多问题尚未阐明,因此对糖蛋白的功能总体上只归纳为直接或间接的两种生物学功能。

3.1 糖蛋白的直接功能

糖蛋白直接的生物学功能主要是指与细胞或分子的生物识别有关。糖蛋白中的特异性糖链,是细胞识别及粘合的分子依据,这使得糖蛋白成为细胞或分子间信息交流和通讯的“语言和文字”,形成了广泛参与生物识别的特色功能。

越来越多的研究表明,受精作用中存在着精子受体和卵透明带配体相互作用的糖蛋白识别机制,其中的糖链是精卵结合物种特异性及生殖隔离的分子基础。另外,胚胎发育过程中不同阶段的细胞增殖及分化的不同时相,细胞表面糖蛋白会不断发生改变,实现细胞迁移及选择性的细胞粘合,是特定的组织和器官形成的分子基础。

糖蛋白还在生命活动稳态和调节中起重要作用。参与生物体调节的许多激素类信号分子都是糖蛋白激素,例如腺垂体促激素、胎盘绒毛膜促性腺激素和一些生长因子等。免疫球蛋白更是一类具有特殊生理功能的糖蛋白,作为抗体分子能特异性地与抗原结合并对各种细胞产生效应功能,其独具的糖链结构可能与补体激活、受体结合、分子识别、分子聚合等功能有密切的关系。凝集素在体液免疫和细胞免疫中都起重要的作用。此外,还参与天然杀伤细胞的激活,与肿瘤转移有关。至于病原微生物有选择的感染寄主细胞并与靶细胞间的特异性粘合作用,目前研究表明多与糖蛋白糖链的介导有关。

3.2 糖蛋白的间接作用

糖蛋白的间接作用则在于维持分子的天然构象、保持一定的活性寿期及决定理化特性等。此外,黏液及滑液中的糖蛋白因存在大量唾液酸化或硫酸化糖链而带有很多负电荷,从而使分子呈伸展状态并具有强亲水性,可以起润滑保护作用。

——何立松.杨京举.话说糖蛋白.生物学教学.2013年第4期

来源:https://buluo.qq.com/p/detail.html?bid=338220&pid=4196881-1487916127

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