糖生物学基础((美)A.瓦尔基(Ajit Varki)等编著;张树政等译)思维导图
生物化学教程糖类和糖生物学
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（二）糖类的生物学作用
糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物。糖类的生物 学作用概括起来主要有以下几个方面： 1．作为生物体的结构成分 植物的根、茎、叶中的纤维素、半纤维素等，细菌细 胞壁的肽聚糖，昆虫和甲壳类的外骨骼等。 2．作为生物体内的主要能源物质 糖原、淀粉等通过贮存或生物氧化释放出能量，为生 物体供生命活动的需要。
醛 • Molisch reaction:
糠醛或羟甲基糠醛＋α－萘酚-----红紫色化合物,鉴别糖类 物质. • Seliwanoff reaction: • 酮糖＋HCl+间苯二酚-----迅速出现红色（大约20秒） • 醛糖＋HCl+间苯二酚-----加热后缓慢出现红色（大约2分 钟）用来鉴别酮糖或醛糖。
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. 环糊精分子的结构像一个轮胎 （图l-2其2特） 点是所有葡萄糖残基的C6羟基都在大环一 面的边缘，而C2和C3的羟基位于大环的另 一面的边缘。环糊精分子作为单体垛叠起来 形成圆筒形的多聚体。
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环糊精的结构
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缩合形成缩醛的衍生物称为糖苷，这种糖 苷的配体可以是糖，也可以是非糖物质。 与糖形成糖苷如淀粉、纤维素等与非糖物 质形成核苷等。糖苷的性质比较稳定不易 发生化学反应和被氧化。
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• 7、单糖的脱水; （与无机酸反应或呈色反应） 在强酸作用下戊糖脱水生成糠醛。己糖脱水生成5－羟甲基糠
七、多糖
（一）同多糖 （二）杂多糖
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（一）同多糖 1、淀粉（starch）
第五讲糖生物学20111209
2020/5/24
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2 可调型的糖基化
核质内的接有单个N-乙酰氨基葡萄糖或葡萄糖或 ADP-核糖，糖基化和磷酸化相互平衡协调
(Pr)—Ser/Thr-O-PO4 ↓↑
(Pr)—Ser/Thr ↓↑
GN/Glc
(Pr)—Ser/Thr-O-
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3 蛋白质的糖化
• 通过非酶催化的 化学反应糖和蛋 白质的连接，如 胶原上的羟赖氨 酸的糖化
• 一些在体液中的 糖蛋白也可能被 糖化
• 核酸内碱基上的 氨基也能发生糖 化反应
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糖化和疾病
• 血红蛋白和血清白蛋白均可被糖化。特别是一些在 体内周转速度很慢、乃致终生不代谢的蛋白质，如 眼睛中的晶体蛋白。晶体蛋白经葡萄糖糖化的产物 ，不被降解，长期的累积可导致老年人的白内障
•“刷毛”由核心蛋白组成 ，硫酸角质素和硫酸软骨 素以O-连接与其共价相连 ，而较小的寡糖在核心蛋 白的透明质酸结合位点附 近以N-连接与其相连。
•许多蛋白聚糖的相对分子 量可高达千百万道尔顿。
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（一）糖蛋白的分布
• 糖蛋白在病毒到人类的所有生物体中都 存在，包括动物、植物和微生物
• 主要存在于体液、细胞的表面以及与分 泌有关的细胞器的腔面
• 在细胞内部的胞液和核内没有组成型的 糖蛋白，只有动态调节过程中形成的带 有单个N-乙酰氨基葡萄糖修饰的蛋白质
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（二）糖蛋白的分类
• 组成型糖蛋白
– N-糖链 – O-糖链
• 可调型的糖蛋白
糖生物学的主要内容
第一章：序言糖生物学：广义来说，糖生物学可定义为研究自然界广泛分布的糖类（糖链和聚糖）其结构、生物合成及生物学的一门学科糖缀合物：单糖、寡糖或多糖与蛋白质和脂质连接形成糖缀合物一种酶，一连键规则：由于糖基转移酶对供体和接纳体有严格的专一性要求，在特异的连键上一种酶只能添加一种形式的糖微不均一性:在一种特殊型细胞中的一种给定蛋白质的任何给定糖基化位点上合成的聚糖的精确结构中发现有一定范围的变化聚糖功能的研究方法：1 应用凝集素或抗体对特异聚糖的定域或干扰2 利用糖基化的代谢抑制或变更3 发现特异性受体的天然聚糖配体4 发现识别特异聚糖的受体5 可溶性聚糖或结构模拟物的干扰6 应用糖苷酶去除特异的聚糖结构7 对天然或遗传工程的聚糖突变株进行研究8 对天然或遗传工程的聚糖受体突变株的研究第二章：糖的结构和性质α-D-吡喃葡萄糖 α-D-吡喃半乳糖 β-D-吡喃甘露糖单糖的物理、化学性质第三章：单糖代谢转运子的分类：易扩散转运子（GLUT ）特点：不需能量 ，Km=2-20mmol/l能量依赖型转运子特点：需能，转运效率高 （1）离子偶联型：钠-葡萄糖转运子SGLT,Km=1mmol/l （2）ATP 依赖的磷酸化偶联型：Km 微摩尔数量级（细菌）胞内单糖的来源：（1）胞外糖源（2）胞内糖源（补救途径）单糖在细胞的代谢过程（以Man 为例）细胞外的Man 被细胞膜上的甘露糖转运子转移到细胞内，在细胞质中在甘露糖激酶的作用下形成Man-6-P 。
在磷酸变位酶的作用下Man-6-P 转变为Man-1-P ，Man-1-P 与GTP 反应，脱去一个焦磷酸，生成GDP-Man 。
GDP-Man 被糖核苷酸转运子转移到内质网和高尔基体中，进行糖缀合物的合成，最后为分泌到细胞膜或分泌到细胞外这是胞外糖源途径，单糖在细胞内的代谢还有另一种途径，即补救途径溶酶体中的糖缀合物被水解酶水解，产生的甘露糖被转运到细胞之内，按照胞外糖源途径参与代谢。
糖类和糖生物学
船式
椅式
O
CH2OH
HO
HO
OH
OH
O
CH2OH
HO
HO
OH
OH
O
CH2OH
OH
OH
OH
OH
单糖的物理性质
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右旋和左旋。
在旋光率数值前加“+”和“-”分别表示
04
旋光度（DtD）的表示方法
比旋光度（旋光率）：
03
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
4、成脎反应
单糖与苯肼作用，先羰基与苯肼生成苯腙；苯肼过量时，生成不溶于水的黄色结晶，叫糖脎 （过量） 苯肼
醛糖或酮糖的成脎反应，都发生在C1和C2上。 同碳数的单糖，只是C1和C2 不同，其它C原子的构型相同，与苯肼反应得到相同的脎。
成酯反应
生物体内，糖在酶的作用下形成一些单酯或二酯。其中最重要的是磷酸酯，它们在生物代谢过程中起着重要的作用。
支链淀粉
2,3-二甲基葡萄糖
2,3,4,6-四甲基葡萄糖
2,3,6-三甲基葡萄糖
糖链结构测定的常用方法
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高碘酸氧化
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化学法
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甲基化分析：甲醚基 糖醇 乙酰化
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测定直链多糖的聚合度和支链多糖的分支数目
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寡糖顺序降解
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确定糖苷键的位置
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酶法
+52.70
+1120
+18.70
乙醇溶液
吡啶溶液
D-葡萄糖的变旋光现象，用其链状结构是无法解释的。
糖生物学
糖链数目差异很大，4-30个不等。
（二） 糖链与蛋白连接方式
N-连接：糖基1位C上-OH与肽链上Asn的 酰氨基相连。 O-连接：糖基1位C上-OH与肽链上丝、苏 羟基相连。 糖分支犹如天线状，称二、三、四、五天线 结构，不均匀结合蛋白表面。
（一）N—连接糖蛋
1.定义 糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列 的天冬酰胺氮以共价键连接称N—连接糖蛋 白。 2.糖基化位点 N—连接糖蛋白中的Asn-X-Ser/Thr三个氨 基酸残基的序列子称为糖基化位点。
（二）O—连接糖蛋白 1.定义 糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连， 称为O—连接糖蛋白。
2.O—连接寡糖结构 O—连接寡糖有N—乙酰半乳糖与半乳糖构成核心二糖， 核心二糖可重复延长及分支，再接上岩藻糖、N—乙 酰葡萄糖胺等单糖。 3.O—连接寡糖合成 O—连接寡糖在N—乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在 多肽链的丝/苏氨酸羟基上连接上N—乙酰半乳基，然 后逐个加上糖基直至O—连接寡糖链的形成。
（3）硫酸角质素（KS）: 半乳糖+乙酰氨基葡萄 糖 (Gal- GlcNAc) 单个KS很少大于4万（80个重复二糖）, 无糖醛酸。 （4）硫酸乙酰肝素（HS）及肝素（Hep）: HS 葡 萄 糖 醛 酸 + 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 (GlcUAGlcNAc) Hep : 艾 杜 糖 醛 酸 + 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖 (idoUAGlcNA) |a 1→3|单个分子量10万
三 与医学关系
“细胞颜面 ”，糖被、植被，传递信息、受体， 每个红细胞表面50万个糖蛋白、表面唾液酸 （负电），避免在血管内粘付。 血型 各型的抗原决定簇差异为糖链非还原末 端糖基，A—N-乙酰氨基半乳糖，B—半乳糖， O—无此末端糖基。 糖链改变，可产生自身抗体，→ 自身免疫性 疾病。 恶性肿瘤的恶性行为（侵袭、转移等）与其细 胞表面糖复合物的组成、结构密切相关。 病原微生物的感染有种属与组织专一性。 神经系统富含脂类，糖脂为重要成分。
糖生物学基础理论2(研究生班)
CH3
CH3
（n=15-19）
CH3
CH3-C=CH-CH2-[CH2-C=CH-CH2]n-CH2-CH-CH2-CH2-O-P-O-糖基
磷酸长萜醇结构式
磷酸长（多）萜醇的合成过程：
乙酸 磷酸多萜醇 HMGCoA 多萜醇 异戊烯焦磷酸
法尼基焦磷酸
2、受体 • 糖基第一受体通常是肽链中特定氨基酸残基。
四、糖醛酸类 葡萄糖醛酸 (GlcUA) 艾杜糖醛酸 (Idu) 五、唾液酸类 N-乙酰神经氨酸 (NeuAc) N-羟乙酰神经氨酸 (NeuGc)
糖 蛋 白
（glycoprotein） 一、糖蛋白糖链结构的特征 （一）糖链与肽链的连接方式及其分型
CH2OH O
-GlcNAc
NH C=O CH3
糖生物学基础理论
(研究生班）
第二军医大学 生物化学与分子生物学教研室 2001年9月1日
序
言
（一）糖生物学正在成为生命科学的新前沿
（二）糖生物学和现代医药学有着密切关系 （三）糖基化（glycosylation）与糖化（glycation）
自然界中糖类存在形式及其组成
一、糖类存在形式：
游离糖：单糖（及其衍生物）、寡糖、聚（多）糖 结合糖（糖复合物或糖结合物）—— 指糖类与蛋白质 （多肽）或脂类结合的复合物，如： 糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂和脂多糖 近年来，发现的一类新的糖复合物，即由糖类、脂类和 蛋白质三者组成，被称为糖基化磷脂酰肌醇蛋白（glycosylphosphatidyl inositol protein）， 简称GPI蛋白。
（三）O-糖链的生物合成
（主要在高尔基体，芽生式合成，为翻译后加工）
（四）溶酶体酶的糖基化（Man-6-P识别信号）
《糖生物学基础理论》课件
在缺氧条件下，细胞将葡萄糖分解成丙酮酸的过 程，释放少量能量。
三羧酸循环
在有氧条件下，细胞将丙酮酸氧化成二氧化碳和 水的过程，释放大量能量。
糖链的降解途径
糖原分解
糖原分解为葡萄糖的过程，用于提供能量或合成其他物质。
糖异生
非糖物质通过一系列酶促反应转化为葡萄糖或糖原的过程。
乳酸发酵
在缺氧条件下，细胞将葡萄糖转化为乳酸的过程，释放少量能量 。
糖链合成与降解的调节机制
激素调节
01
胰岛素、胰高血糖素等激素可以调节糖原的合成和降解。
神经调节
02
神经递质可以影响糖原的合成和降解。
代谢物调节
03
一些代谢物可以影响糖原的合成和降解。
04
糖链在细胞中的作用
糖链与细胞识别
总结词
糖链在细胞识别中发挥重要作用，参与 细胞与细胞、细胞与细胞外基质的相互 识别。
糖生物学在疾病诊断中的应用
肿瘤标志物检测
糖生物学在肿瘤标志物检测中发 挥了重要作用，通过检测肿瘤细 胞表面的糖蛋白和糖链，有助于 早期发现肿瘤。
感染性疾病诊断
某些病原微生物表面的糖蛋白具 有特异性，通过糖生物学技术可 以检测出这些糖蛋白，从而诊断 感染性疾病。
遗传性疾病诊断
一些遗传性疾病与糖基化异常有 关，通过糖生物学技术可以检测 出这些异常糖蛋白，有助于遗传 性疾病的诊断。
糖生物学在再生医学中的应用
干细胞治疗
糖生物学在干细胞治疗中具有重要作用，通过调控糖蛋白的表达 和糖基化过程，可以促进干细胞的增殖和分化。
组织工程
糖生物学在组织工程中发挥关键作用，通过研究细胞外基质中的糖 蛋白和糖链，可以模拟天然细胞外基质的结构和功能。
第7章 糖类和糖生物学
16个对映异构
CHOH 5 CHOH 6 CH2OH
己酮糖 3个*C
8个对映异构
CHOH
CHOH 5 CH2OH
戊醛糖 3个*C
CHO 2 CHOH
3
1
CH2OH
丙醛糖
2个对映异构
8个对映异构
一、单糖的结构 1、单糖的链状结构型的标记 D,L标记法
人为规定，确定对映体的相对构型。
3.糖酸(sugar acid) 单糖被氧化；糖酸衍生物 如葡萄糖酸钙等 4.脱氧糖(deoxy sugar) 指分子的一个或多个羟基被氢原子取代的单糖。 广泛存在于植物、细菌和动物中。 如：脱氧戊糖、脱氧核糖等。
5.氨基糖(amino sugar) 分子中一个羟基被氨基取代的单糖。 如葡萄胺、N－乙酰葡糖胺等 。
（二）单糖的化学性质
1.差向异构化 在碱性溶液中， D-葡萄糖、D-甘露糖和D-果 糖可以通过烯二醇中间物发生相互转化。
CHO CHO
CH2OH D-葡萄糖
CH2OH D-甘露糖 D-果糖
H C a H C H HO O OH OH OH CH2OH D-葡萄糖 a H C HO OH OH CH2OH 烯醇中间体 c HO OH b c b HO HO
多
糖
非还原性糖，无变旋现象，无甜味，形成胶体，一般不能结晶。 根据是由一种还是多种单糖单位组成可分为同多糖和杂多糖。
同多糖：淀粉、糖原、纤维素、壳多糖等。 杂多糖：其代表性物质有透明质酸、软骨素4或6-硫酸、硫酸皮肤素、硫酸角质素、肝素及 硫酸乙酰肝素等。
同多糖
1.淀粉（starch）
用热水处理淀粉或用极性溶剂处理淀粉都可以将 淀粉分为两种成分；一种为不溶部分，称为直链 淀粉（amylose）；另一种为可溶部分，称为支链 淀粉（amylopectin） 。 直链淀粉 由葡萄糖分子以--1,4糖苷键连接而成 的一条长链(一级结构)。一般可认为直链淀粉的基 本组成二糖单位是麦芽糖。 遇碘显紫蓝色,少量溶于热水，溶液放臵时重新析 出淀粉晶体。二级结构呈螺旋结构。
生物化学基础(靳利娥)第6章 糖代谢
变旋的原因
α-Glc
链式-Glc
β-Glc
甜度（sweetness）与溶 解度
（3）糖的溶解性与甜味
易溶于水，不溶于乙醚等非极性有机溶剂
糖 果糖 转化糖 蔗糖 葡萄糖 木糖 糖精 甜度 173.3 130 100 74.3 40 50000 糖 鼠李糖 麦芽糖 半乳糖 棉子糖 乳糖 Aspartame 甜度 32.5 32.5 32.1 22. 6 16.1 15000
第一阶段——第五步
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油醛
催化反应的酶：磷酸丙糖异构酶
反应性质：可逆反应 能量方式：不消耗ATP 意义：磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛之间相互转变。
第一阶段小结
1分子葡萄糖 转变为2分子磷酸
甘油醛
从葡萄糖开始：消耗2分子ATP 从糖原开始：消耗1分子ATP
第二阶段——第六步
3-磷酸甘油醛
NAD+
1,3-二磷酸甘油酸
NADH + H+
催化反应的酶：3-磷酸甘油醛脱氢酶，以NAD+为辅酶 反应性质：可逆反应，酵解反应中唯一的脱氢反应
能量方式：生成产物NADH，可参与生物氧化供能。
意义： 3-磷酸甘油醛氧化脱氢生成二磷酸甘油酸，形成 高能酸酐键
第二阶段——第七步
糖原合成 糖原分解
核糖 +
NADPH+H+
磷酸戊 糖途径
葡萄糖
酵解途径
有氧
H2O及CO2
乳酸 乙醇
丙酮酸
无 氧
分解途径
糖异生途径
淀粉
乳酸、氨基酸、甘油
一、糖酵解（EMP）
第五部分_糖生物学与糖组学
第五部分：糖生物学与糖组学（金诚老师）--橄榄枝整理一、基本概念：糖基磷酸化肌醇修饰蛋白（GPI蛋白）：一种蛋白质、糖链、脂质共价结合而成的复杂的糖复合物。
寡糖素：植物或微生物细胞壁结构多糖水解产生的有生理活性的寡聚糖或其混合物。
凝集素：一种从各种植物，无脊椎动物和高等动物中提纯的糖蛋白或结合糖的蛋白，因其能凝集红血球（含血型物质），故名凝集素。
其主要是促进细胞间的粘着。
糖组：一个生物体或细胞中全部糖类的总和，包括简单的糖类和缀合的糖类。
在糖缀合物(糖蛋白和糖脂等)中的糖链部分有庞大的信息量。
蛋白聚糖：由蛋白质与糖氨聚糖通过共价或非共价键结合而成的一类大分子。
纤维素：多个葡萄糖分子组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂。
是植物细胞壁的主要成分。
二、问答题1.自然界中分子量最大的分子是什么？它结构上有什么特点？答：自然界中分子量最大的分子是支链淀粉。
其结构特点：带α1,6 –分支的α1,4-葡聚糖（平均每24-30残基有一个分支），由106个Glc（葡萄糖）组成。
2.什么是糖缀合物？它主要包括哪些化合物？答：糖缀合物是指糖与蛋白质或脂类形成的共价结合物。
其主要包括糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂和GPI锚定蛋白等化合物。
3.分析糖链结构主要有哪些方法？答：（1）化学法：高碘酸氧化、甲基化分析、寡糖顺序降解；（2）酶学法：糖苷酶通过顺序降解阐明一级结构。
（3）寡糖谱分析：色谱图谱可用于比较、获得糖结构的数、量、类型的信息。
大样品量分析(>50g): HPAEC-PAD 或其他HPLC, 可分析出20-50 不同的糖；放射或荧光标记可用于增强检测灵敏度。
（4）核磁共振是糖链立体结构分析的重要方法。
确定糖链的构型、连接位置、分支和微观多样性。
（5）芯片技术：凝集素亲和微流体芯片和芯片电喷雾质谱已应用于糖组学糖蛋白的糖型分离分析。
（6）生物信息学法：糖蛋白糖链研究的信息处理、归纳分析以及糖链结构检索都要借助生物信息学进行。